Mitochondria są obecne w prawie wszystkich komórkach eukariotycznych (z wyjątkiem krwinek czerwonych) i odpowiadają głównie za produkcję ATP, do której dochodzi w wyniku oddychania tlenowego. Mitochondrialne DNA (mtDNA) to kolista cząsteczka złożona z 16 596 par zasad, odpowiedzialna za kodowanie 37 spośród wszystkich 25 000 genów. Mutacje upośledzają wydolność energetyczną mitochondriów, a w efekcie funkcjonowanie komórek i tkanek. W mtDNA do mutacji dochodzi szybciej niż w jądrowym DNA. Przyczyną wzmożonego tempa mutacji w mtDNA jest większe narażenie na reaktywne formy tlenu powstające w wyniku fosforylacji oksydacyjnej, które uszkadzają nieosłonięte białka histonowe mtDNA. Pierwszym odkryciem sugerującym powiązania między chorobami nowotworowymi a uszkodzeniami mitochondriów była obserwacja przesunięcia procesu oddychania w kierunku glikolizy. Komórki nowotworowe aktywnie metabolizują glukozę do kwasu mlekowego, nie wykorzystując tlenu mimo jego obecności. Defekty łańcucha oddechowego mogą się wiązać z powstawaniem wolnych rodników i nasileniem stresu oksydacyjnego w komórkach nowotworowych. Mutacje w mitochondrialnym DNA to najczęściej przejście T→C lub G→A; ograniczają się do czterech regionów genomu mitochondrialnego: pętli D, 12S rRNA, 16S rRNA i cytochromu b. Dysfunkcje w DNA mitochondrialnym są obserwowane w raku jajnika i innych jednostkach chorobowych, a chemioterapia wydaje się w niewielkim stopniu uszkadzać mtDNA. Modyfikacja chemioterapii stosowanej u pacjentek z nowotworem jajnika może się przyczynić do zwiększenia uszkodzeń mtDNA, czego efektami byłyby wzrost skuteczności leczenia i wydłużenie życia chorych.