Tanto la membrana externa como el complejo de membranas internas dividen al organelo en dos compartimentos acuosos:

- Espacio inter-membrana: espacio ocupado entre la membrana externa y la interna. - Matriz: interior de la mitocondria rodeado por la membrana interna; contiene diferentes enzimas, ribosomas, y moléculas de ADN circular de doble cadena (por lo tanto posee su propio material genético y el mecanismo para elaborar RNA y proteínas propias).