Membran luar tersusun dari fosfolipid bilayer yang mengandung protein porin atau protein transpor dan memiliki sifat semipermeable. Karena hal tersebut, lapisan membran luar dapat dilewati oleh molekul-molekul nutris dan ion-ion yang berukuran kurang dari atau sama dengan 5000 Dalton, ADP (Adenosine Di Phospate), dan ATP (Adenosine Tri Phospate).
Membran dalam memiliki sifat yang kurang permeable dibandingkan dengan membran luar. Membran dalam terbentuk dari molekul-molekul kompleks transpor elektron, kompleks ATP sintase (yang memiliki fungsi sebagai pembentuk ATP pada matriks), dan transpor protein (yang berfungsi sebagai pengatur keluar masuknya metabolit dari matriks dengan melewati membran dalam). Selain itu, pada membran dalam tedapat enzim suksinat dehidrogenase sebagai penanda membran dalam. Membran dalam memiliki bentuk yang berlekuk-lekuk. Lekukan-lekukan tersebut disebut dengan krista.
Krista terbentuk karena hasil dari melipatnya membran dalam. Krista memiliki bentuk dan jumlah yang bermacam-macam. Krista memiliki fungsi untuk membantu memperluas permukaan membran dalam, sehingga dapat meningkatkan produktivitas respirasi sel karena dapat menyediakan lebih banyak ruangan untuk molekul-molekul DNA mitokondria (mtDNA).
Matriks merupakan ruangan yang dibungkus oleh membran dalam dan merupakan tempat utama respirasi sel. Matriks berisi molekul-molekul DNA yang bertanggung jawab dalam respirasi sel, enzim-enzim yang memiliki tanggung jawab dalam siklus reaksi asam sitrat (siklus krebs), gas-gas terlarut seperti oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2), serta air. Selain itu, juga terdapat ribosom.
Di antara membran luar dan membran dalam juga terdapat ruangan sempit, yaitu ruang intramembran. Ruang intramembran bertanggung jawab dalam proses fosforilasi oksidatif.
Mitokondria banyak ditemukan di sel otot, sel jantung, dan sel lain yang membutuhkan banyak energi karena memiliki aktivitas metabolisme yang tinggi. Mitokondria merupakan organel sel yang memiliki fungsi sebagai metabolisme energi atau respirasi sel yang menghasilkan Adenosin Tri Phospat atau ATP. Respirasi sel merupakan proses kimiawi untuk melepas energi yang terdapat dalam glukosa. Energi yang digunakan sebagai pemecah glukosa adalah molekul-molekul ATP yang disediakan oleh mitokondria sendiri, sehingga mitokondria disebut organel semiotonom. Terdapat 3 langkah dalam proses respirasi sel yaitu glikolisis, siklus kerbs, dan transpor elektron.
Glikolisis merupakan tahap awal dari proses respirasi sel dan terjadi di dalam sitosol. Glikolisis memiliki arti pemecahan glukosa (C6H12O6). Enzim-enzim yang berada di sitosol akan mengoksidasi molekul glukosa sehingga menghasilkan dua molekul yang masing-masing memiliki tiga atom C (karbon). Pada proses glikolisis dibantu oleh enzim-enzim tertentu dan akan menghasilkan dua molekul ATP, dua molekul NADH (Nikotinamida Adenida Dinukleotida), dan dua molekul asam piruvat untuk tiap 1 molekul glukosa.
Siklus krebs atau dapat disebut siklus asam nitrat memiliki peran dalam proses respirasi sel aerob. Sebelum siklus krebs dimulai akan dilakukan dekarboksilasi oksidatif yaitu, molekul-molekul asam piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis akan diubah menjadi asetil-KoA (Koenzim-A asetil) yang nantinya akan dgunakan dalam siklus krebs. Pada siklus krebs, asetil-KoA akan dioksidasi menjadi karbon dioksida (CO2). Pada siklus krebs tiap-tiap proses akan dibantu oleh enzim spesifik seperti: enzim asam sitrat sintetase, enzim akonitase, enzim isositrat dehidrogenase, enzim alfa-ketoglutarat dehydrogenase, dan enzim suksinat dehidrogenase. Hasil dari siklus krebs adalah dua molekul ATP, dua molekul FADH2, enam molekul NADH, serta dua molekul CO2.
Pada transpor elektron, terdapat rantai transpor elektron yang terdiri dari serangkaian pembawa elektron yang dihasilkan dari siklus krebs (NADH dan FADH2). Â NADH dan FADH2 akan mengalami proses reaksi redoks dan akan menghasilkan molekul-molekul ATP.
