Zu Definitionszwecken kann der Begriff Mitochondrienmembran je nach Kontext, in dem der Begriff verwendet wird, entweder die innere oder die äußere Membran einer mitochondrialen Zelle bedeuten. Als solche werden die mit Mitochondrien assoziierten Membranen entweder als die innere mitochondriale Membran oder die äußere mitochondriale Membran identifiziert. Die äußere Membran eines Mitochondriums ist glatt und umgibt die gesamte Organelle. Im Vergleich dazu bildet die innere mitochondriale Membran die Cristae, eine verdrehte, sich drehende Bahn, die den Falten eines Gehirns ähnelt.
Um die mitochondrialen Membranen vollständig zu verstehen, ist es notwendig, zunächst Eukaryoten und die Beziehung ihrer Zellstruktur zu Mitochondrien zu verstehen. Organismen mit komplexen, membranbasierten Zellstrukturen, darunter Pflanzen, Tiere und Menschen, werden als Eukaryoten bezeichnet. Alle sauerstoffabhängigen Eukaryoten besitzen Mitochondrien. Mitochondrien kommen in jeder der Zellen des Eukaryoten vor und sind für die Produktion von Adenosintriphosphat (ATP) verantwortlich, einer chemischen Energiequelle, die aus Sauerstoff und verschiedenen Nährstoffen gewonnen wird.
Bei starker Vergrößerung präsentieren sich Mitochondrien als ovale oder längliche Form mit einer Doppelmembran und einem inneren Bereich, der als Matrix bekannt ist. Innerhalb einer einzelnen Zelle existieren zahlreiche Mitochondrien, deren genaue Form und Größe vom jeweiligen Zelltyp abhängt. Außerdem haben die Mitochondrien eines Organismus ein anderes Aussehen als die eines anderen Organismus.
Es ist die Aufgabe der Mitochondrien, die aerobe Atmung durchzuführen, den Prozess der Umwandlung von Sauerstoff und Nährstoffen in ATP. Dieser Prozess findet entlang der Cristae oder der inneren Mitochondrienmembran unter Verwendung von in die Membran eingebetteten Enzymen und Proteinen aus der Matrix statt. Sobald ATP produziert ist, verwendet die Zelle die Chemikalie als Energiequelle, um Zellbewegung, Zellteilung und andere Stoffwechselfunktionen zu ermöglichen.
Während die innere mitochondriale Membran bei der Produktion von ATP hilft, dient die äußere mitochondriale Membran als Filter. Mit einem Protein namens Porin bildet die äußere Membran Kanäle, die nur Moleküle einer bestimmten Größe in die Mitochondrien eindringen lassen. Im Inneren werden Moleküle durch die innere Membran weiter gefiltert. Nur diejenigen Moleküle, die als entscheidend für die Produktion von ATP bestimmt sind, dürfen die innere Membran passieren.
Sowohl die inneren als auch die äußeren Mitochondrienmembranen erfüllen einen wichtigen Zweck in der Gesamtfunktion der Mitochondrien. Obwohl beide einen Zweck erfüllen, betrifft die Mehrheit der Organellenaktivität die innere Mitochondrienmembran und die Matrix. Bei Größenvergleichen ist die Cristae aufgrund ihrer verdrehten, gewundenen Natur erheblich größer als die äußere Membran. Mit der größeren Oberfläche der Cristae kann jedes Mitochondrium mehr Enzyme aufnehmen, die zur Produktion von ATP benötigt werden, und versorgt so die Zelle mit mehr Energie für ihre Funktion.