线粒体，这种微小但至关重要的细胞器，通常直径在0.5到1.0微米之间，长度可达1.5到3.0微米，用光学显微镜即可观察到。其大小在动物细胞中受代谢活动水平调控，例如，胰腺外分泌细胞中的线粒体可能长达10-20微米，神经元的线粒体尺寸差异显著，可长达10微米，而人类成纤维细胞的线粒体长度甚至可达40微米。在低氧条件下，某些植物线粒体可以转变成巨大的线粒体，如烟草，其长度可达80微米，形成复杂的网络结构。
线粒体的形状多种多样，包括短棒状、圆球状，以及环状、线状等，取决于生物种类和生理状态。成型蛋白的作用在于调节线粒体与细胞骨架的互动，以及在内外膜之间的连接，从而影响细胞内线粒体的不同形态。
线粒体的数量在不同生物和组织中差异巨大，有的细胞仅含数千个，如肝脏细胞，而酵母菌细胞可能只有一个大型分支线粒体。细胞代谢活跃度与线粒体数量成正比，哺乳动物成熟的红细胞通常没有线粒体。它们分布在细胞功能活跃区域，如肾脏细胞靠近微血管，肠上皮细胞的两端，精子鞭毛中部，且随着卵母细胞的成熟，线粒体分布会从不均匀变为均匀。
构成线粒体的主要成分包括水、蛋白质和脂质，以及少量辅酶、小分子和核酸。蛋白质是其主要组成部分，占干重的65-70%，分为可溶和不可溶两种。脂质主要集中在两层膜中，占干重的20-30%，磷脂在总脂质中占比超过3/4。线粒体膜的磷脂含量在不同组织中相对稳定，心磷脂丰富，胆固醇含量较少，这是线粒体与其他细胞膜结构的主要区别。
最后，线粒体结构复杂，由外膜、膜间隙、内膜和基质四个功能区组成。外膜平滑，内膜形成皱褶的线粒体嵴，分别承担着不同的生化反应。这些区域共同定义了线粒体的高效运作空间。
线粒体是1850年发现的，1898年命名。线粒体由两层膜包被，外膜平滑，内膜向内折叠形成嵴，两层膜之间有腔，线粒体中央是基质。基质内含 有与三羧酸循环所需的全部酶类，内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。线粒体能为细胞的生命活动提供场所，是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所，有细胞"动力工厂" (power plant)之称。另外，线粒体有自身的DNA和遗传体系， 但线粒体基因组的基因数量有限，因此，线粒体只是一种半自主性的细胞器。