Las mitocondrias son organelos que aparecen en todas las células animales y juegan un papel vital en la producción de energía de los organismos vivos. Sin ellas, no puede haber actividad celular. El ADN dentro de ellas tiene una singular característica: en un mismo individuo, es idéntico en todas sus células, pues las células se clonan dentro del individuo. Además, los genes de las mitocondrias se heredan de la madre, pues la mitocondria de los espermatozoides se desintegra en el momento de la fertilización. Este hecho implica que al ADN mitocondrial no lo afecta la recombinación genética –ese momento cuando los cromosomas de la madre se entrecruzan con los del padre–, y toda mutación posible en él pasa intacta de generación en generación. En otras palabras, nuestro ADN mitocondrial es idéntico al de nuestra madre, que es idéntico al de nuestra abuela, que es idéntico al de nuestra bisabuela, etc., etc., salvo alguna mutación genética que haya podido suceder durante el proceso.

La función de las mitocondrias es tan básica que tienen una estructura muy estable: en todo el reino animal, el ADN mitocondrial es casi uniforme. Los mismos 37 genes especifican los mismos conjuntos de moléculas en todos los animales multicelulares. Los genes están organizados en la hebra de ADN de las mitocondrias, en todas las especies, de manera muy consistente.

Lo anterior permite utilizar las pequeñas variaciones de este ADN entre especies, y dentro de especies, para estimar la antigüedad de los ancestros comunes y la distancia evolutiva entre poblaciones. El uso de la técnica en humanos ha dado resultados sorprendentes: las poblaciones humanas africanas son las más antiguas; Homo sapiens apareció en África; el origen de todos los humanos modernos es de entre 140 y 290 mil años; Australia y Papúa Nueva Guinea fueron pobladas hace 50 mil años; América fue colonizada hace 15 mil años; y todo ser humano, vivo el día de hoy, lleva el ADN mitocondrial de una abuela común quien vivió en África hace 10 mil generaciones. En la actualidad, cualquier individuo puede hacer el análisis de su ADN mitocondrial y averiguar el origen genético de su linaje materno.