DNA mitokondria adalah loop kecil DNA yang ditemukan di dalam organel dalam sel, mitokondria. Mitokondria berfungsi sebagai “pembangkit tenaga” sel dan diyakini sebagai keturunan bakteri purba yang berpartisipasi secara simbiosis dengan sel purba sehingga mereka terintegrasi ke dalamnya sebagai organel. Sebagian besar DNA pada semua hewan ditemukan dalam nukleus, dan dikenal sebagai DNA nukleus, sedangkan DNA mitokondria adalah satu-satunya DNA yang terletak di luar nukleus.
Berbeda dengan DNA di dalam nukleus, yang mengandung sekitar 20,000 gen penyandi protein dalam lebih dari 3 miliar pasangan basa, DNA mitokondria relatif kecil, hanya terdiri dari 13 gen penyandi protein dalam 15,000-17,000 pasangan basa. Berbeda dengan DNA nuklir, yang terdiri dari DNA linier, DNA mitokondria ditemukan dalam format loop, seperti DNA yang ditemukan pada bakteri. Gen di mitokondria mengekspresikan protein yang membantu membangun mitokondria, meskipun selama miliaran tahun evolusi, DNA nuklir telah mengambil banyak peran DNA mitokondria dalam membangun mitokondria.
Tidak seperti DNA inti, yang mengalami rekombinasi dari generasi ke generasi karena jenis kelamin antara laki-laki dan perempuan, DNA mitokondria hanya mengalami rekombinasi dengan DNA dari organel yang sama, sangat membatasi perubahan genetik. Oleh karena itu, satu-satunya faktor yang menyebabkan perubahan genetik adalah mutasi, bukan mutasi plus rekombinasi, seperti halnya dengan DNA inti. Hal ini membuat DNA mitokondria menjadi penanda genetik yang sangat berguna yang dapat digunakan untuk membandingkan garis keturunan yang berbeda, termasuk garis keturunan manusia yang berbeda.
Analisis DNA mitokondria manusia telah terbukti penting untuk menentukan nenek moyang berbagai kelompok manusia dan pola migrasi awal manusia di seluruh dunia. Studi-studi ini telah mendukung teori Out-of-Africa, teori yang menegaskan bahwa spesies manusia berasal dari Afrika sekitar 250,000 tahun yang lalu, kemudian menyebar ke seluruh dunia. Teori persaingan utama adalah hipotesis multiregional, yang mengandaikan bahwa ras manusia yang berbeda di seluruh dunia berevolusi secara independen dari prekursor hominid. Karena bukti dari analisis DNA mitokondria, hipotesis ini pada dasarnya telah dikesampingkan.