Przez gładką błonę zewnętrzną swobodnie przechodzi wiele substancji drobnocząsteczkowych i jonów, np. cukry proste, będące substratami do procesu oddychania komórkowego. Błona wewnętrzna mitochondrium, która wytwarza liczne grzebienie mitochondrialne, zwiększa powierzchnię, na której zachodzi oddychanie komórkowe oraz znajdują się na nich enzymy biorące udział w przekształcaniu energii w ATP. Przez błonę wewnętrzną swobodnie mogą przechodzić gazy biorące udział w procesie oddychania komórkowego.
Mitochondrium odpowiada za przeprowadzanie procesu oddychania komórkowego, gdzie podczas utleniania związków organicznych (cukrów, tłuszczy i innych substratów energetycznych) dochodzi do powstania energii magazynowanej w postaci ATP. Macierz mitochondrialna wypełniająca wnętrze mitochondrium zawiera enzymy biorące udział w cyklu Krebsa oddychania komórkowego.