Tutte le più complesse cellule viventi contengono migliaia e migliaia di organelli dalla struttura piuttosto semplice, i mitocondri, che hanno la funzione di "centrale energetica" della cellula. A differenza di altri organelli cellulari, e come i cloroplasti delle piante, il mitocondrio contiene alcuni frammenti di Dna, la sostanza che registra le informazioni per sintetizzare le proteine, presente anche nel nucleo della cellula stessa.
Il Dna mitocondriale è però molto più piccolo e semplice di quello del nucleo cellulare, tanto che quello umano contiene solo 37 geni, mentre nel nucleo ce ne sono circa 23.000 mila.
I mitocondri hanno un'altra caratteristica importante: poiché sono presenti solo nelle cellule complete, non ci sono negli spermatozoi, le cellule sessuali maschili. Per questo sono trasmessi solo dalla madre. Quindi, a differenza del Dna del nucleo, durante la riproduzione il Dna del mitocondrio non va incontro a nessuna ricombinazione con la corrispondente molecola dell'altro sesso. È quindi possibile seguire la sorte dei mitocondri in un'ascendenza matrilineare.
La ricerca scientifica ha approfittato di queste peculiarità del Dna mitocondriale in una serie di studi sulle ascendenze della nostra e di altre specie.
Per esempio è stato utilizzato per stabilire che la popolazione italiana di vacca chianina ha un'origine mediorientale, ed ha accompagnato gli antichi abitanti dell'Anatolia nella loro diaspora verso la Toscana, dove sono diventati gli antenati degli Etruschi. Uno studio del Dna mitocondriale ha inoltre recentemente stabilito che il lupo italiano appartiene a un gruppo a se stante stante e che quindi può essere classificata come una sottospecie, Canis lupus italicus.
