线粒体膜间隙也称为“线粒体膜间间隙”，是线粒体外膜与线粒体内膜之间的空隙，宽约6-8纳米，其中充满无定形液体。由于线粒体外膜含有孔蛋白，通透性较高，而线粒体内膜通透性较低，所以线粒体膜间隙内容物的组成与细胞质基质十分接近，含有众多生化反应底物、可溶性的酶和辅助因子等。由于蛋白质不能穿过孔蛋白，所以它们必须以一段特定的信号序列以供识别并转运进膜间隙，细胞色素c正是以这种方式进入膜间隙的。线粒体膜间隙中还含有比细胞质基质中浓度更高的腺苷酸激酶、单磷酸激酶和二磷酸激酶等激酶，其中腺苷酸激酶是线粒体膜间隙的标志酶，它可以催化膜间隙中三磷酸腺苷分子末端的磷酸基团转移到单磷酸腺苷分子上，生成两分子的二磷酸腺苷 。
电压依赖性阴离子选择性通道1是一种β桶蛋白，在人类中是由5号染色体上的VDAC1基因所制造。此蛋白质会在线粒体外膜和细胞膜中形成离子通道：在OMM上，三磷酸腺苷通过该离子通道而能自线粒体扩散至细胞质；在细胞膜中，VDAC1则参与体积的调节。在所有真核细胞中，线粒体皆负责ATP的合成，并同时合成其他细胞存活所需的代谢物，VDAC1也因而参与线粒体和细胞间的通信，进而调节细胞代谢和死亡之间的平衡。除代谢物的渗透外，VDAC1还可作为己糖激酶等蛋白质的支架，参与代谢过程的调节。
凋亡诱导因子是一类进化保守的黄素蛋白。凋亡诱导因子涉及到非胱天蛋白酶依赖型细胞凋亡途径的引发，可以使得细胞的染色体凝聚及DNA的片段化。同时它又扮演还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的角色。凋亡诱导因子的另一个功能是在细胞凋亡时调节线粒体膜的通透性。它通常位于线粒体外膜从而与细胞核隔绝开来。然而，当线粒体受损时，凋亡诱导因子就会移动到胞质溶胶与细胞核中。
线粒体融合是线粒体之间相互合并的过程，在真核细胞持续进行并受到高度调控。线粒体融合对线粒体正常功能的发挥具有非常重要的作用。在融合过程中，线粒体之间可以进行线粒体DNA的交换，以修复衰老和环境因素导致的DNA损伤或基因突变。人类细胞需要通过线粒体融合的互补作用来抵抗衰老；酵母菌细胞线粒体融合发生障碍会引起呼吸链缺陷。线粒体间的融合需在一种分子量约为800kDa的蛋白质复合物——“融合装置”的介导下进行，该过程可大致分为四个步骤：锚定、线粒体外膜融合、线粒体内膜融合以及线粒体基质内含物融合。
线粒体膜间隙也称为“线粒体膜间间隙”，是线粒体外膜与线粒体内膜之间的空隙，宽约6-8纳米，其中充满无定形液体。由于线粒体外膜含有孔蛋白，通透性较高，而线粒体内膜通透性较低，所以线粒体膜间隙内容物的组成与细胞质基质十分接近，含有众多生化反应底物、可溶性的酶和辅助因子等。由于蛋白质不能穿过孔蛋白，所以它们必须以一段特定的信号序列以供识别并转运进膜间隙，细胞色素c正是以这种方式进入膜间隙的。线粒体膜间隙中还含有比细胞质基质中浓度更高的腺苷酸激酶、单磷酸激酶和二磷酸激酶等激酶，其中腺苷酸激酶是线粒体膜间隙的标志酶，它可以催化膜间隙中三磷酸腺苷分子末端的磷酸基团转移到单磷酸腺苷分子上，生成两分子的二磷酸腺苷 。
线粒体内膜是位于线粒体外膜内侧，包裹着线粒体基质的一层单位膜。线粒体内膜比外膜稍薄，厚约5-6纳米。线粒体内膜中蛋白质与磷脂的质量比较高，并含有大量的心磷脂。线粒体内膜的某些部分会向线粒体基质折叠形成嵴，嵴的形成可大大增加该膜的表面积。线粒体内膜的标志酶是细胞色素氧化酶。
凋亡诱导因子是一类进化保守的黄素蛋白。凋亡诱导因子涉及到非胱天蛋白酶依赖型细胞凋亡途径的引发，可以使得细胞的染色体凝聚及DNA的片段化。同时它又扮演还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的角色。凋亡诱导因子的另一个功能是在细胞凋亡时调节线粒体膜的通透性。它通常位于线粒体外膜从而与细胞核隔绝开来。然而，当线粒体受损时，凋亡诱导因子就会移动到胞质溶胶与细胞核中。
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