线粒体的结构简述，在不同的细胞类型中，线粒体的整体结构可能会非常不同。某些情况下，线粒体如右图所示，很像个香肠的形状，大小1到4微米。另一些时候，线粒体会形成分叉且相互连接的管状网络。通过观察活细胞中被荧光标记的线粒体，发现它们能够戏剧性地改变形状。此外，几个线粒体可以融合成一个，一个也可以分裂成两个。
线粒体具有两个功能不同的膜：外膜和内膜。线粒体外膜完整包围细胞器，与细胞膜成份一致。而内膜具有很多向内的皱褶，称为“嵴”。嵴上面有很多用于有氧呼吸和制造ATP的结构，这些折叠可以增加线粒体内膜的表面积以增强其效率。
内膜将线粒体其分成两个部分：内膜之内的部分称为“基质”，而内外膜之间的部分称为“膜间腔”。