Di laboratorium analisis forensik, sampel DNA terkadang tiba dalam keadaan terdegradasi dan hanya ada sedikit bahan layak yang tersisa untuk pengujian. Analisis DNA mitokondria menganalisis DNA yang ada di mitokondria sel, bukan DNA inti yang dirancang untuk sebagian besar tes. Teknik ini dapat memberikan hasil pembuktian dan juga mengungkapkan garis keturunan melalui garis ibu seseorang atau spesies.
DNA inti hanya ditemukan dalam inti sel, masing-masing satu salinan dari ayah dan ibu. Mitokondria menghasilkan energi di dalam sel dan hadir dalam jumlah besar. Dalam sampel dengan DNA inti yang terdegradasi atau tidak ada, jumlah DNA mitokondria (mtDNA) yang lebih besar berarti pengujian masih dapat dilakukan. Rambut, tulang, dan gigi adalah kandidat yang baik untuk analisis DNA mitokondria. Dalam kasus di mana sebagian besar tubuh telah membusuk atau mungkin terbakar, seringkali hanya tulang dan gigi yang tersisa.
Analisis Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) dan Short Tandem Repeat (STR), yang paling umum dilakukan, hanya menguji DNA inti. MtDNA tidak hanya lebih banyak, tetapi juga dibawa lebih dalam ke dalam sel sehingga kecil kemungkinannya untuk dihancurkan ketika sel terganggu. Itu tidak menurunkan bahkan ketika sampel sudah tua. Hal ini membuat analisis DNA mitokondria menjadi alat yang sangat berharga dalam memecahkan kasus dingin.
Tes dimulai dengan mengumpulkan dan mendokumentasikan sampel. Pemotretan dilakukan karena proses akan merusak material. Setelah inspeksi visual selesai, sampel dibersihkan dengan hati-hati untuk menghilangkan kontaminan yang dapat mempengaruhi hasil. Sampel kemudian akan diproses untuk membuat banyak salinan DNA, yang dapat dianalisis dan dibandingkan dengan kontrol.
Semua yang terkait secara maternal, seperti saudara kandung yang memiliki ibu yang sama, akan memiliki mtDNA yang sama persis, meskipun analisisnya tidak dapat membedakan individu. Ini sering digunakan dalam kasus orang hilang atau penemuan jenazah tak dikenal karena kerabat ibu yang masih hidup dapat menyumbangkan sampel perbandingan. Analisis DNA mitokondria juga dapat dilakukan dengan DNA hewan dan membantu para ilmuwan untuk melacak spesies dari generasi ke generasi.
Analisis DNA mitokondria telah digunakan untuk mengidentifikasi jenazah penjahat AS Jesse James serta Tsarina Alexandra Feodorovna Romanova dan anak-anaknya. Ana Anderson, seorang wanita yang mengaku sebagai putri Permaisuri Anastasia yang selamat dari eksekusi keluarga, didiskreditkan setelah mtDNA menunjukkan dia sebagai orang Polandia bernama Franzisca Schonzkowska. Analisis jaringan dari jantung yang diawetkan dari seorang anak yang mengaku sebagai putra Marie Antoinette, Louis Charles, yang meninggal di penjara selama Revolusi Prancis, dan mtDNA dari rambut Ratu menunjukkan bahwa anak itu kemungkinan besar adalah Pangeran yang malang.