In forensischen Analyselabors kommen DNA-Proben manchmal degradiert an und es gibt nur noch wenig brauchbares Material zum Testen. Die mitochondriale DNA-Analyse analysiert die DNA, die in den Mitochondrien einer Zelle vorhanden ist, und nicht die nukleäre DNA, für die die meisten Tests entwickelt wurden. Diese Technik kann beweiskräftige Ergebnisse liefern und auch die Abstammung durch die mütterliche Linie einer Person oder Spezies aufdecken.
Kern-DNA findet sich nur im Zellkern, je eine Kopie von Vater und Mutter. Mitochondrien produzieren Energie in den Zellen und sind in großer Zahl vorhanden. Bei Proben mit degradierter oder fehlender nukleärer DNA bedeutet die größere Menge an mitochondrialer DNA (mtDNA), dass Tests weiterhin durchgeführt werden können. Haare, Knochen und Zähne sind gute Kandidaten für die mitochondriale DNA-Analyse. In einem Fall, in dem ein Großteil des Körpers zersetzt oder vielleicht verbrannt ist, sind oft nur noch Knochen und Zähne übrig.
Die Analyse von Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP) und Short Tandem Repeat (STR), die am häufigsten durchgeführt wird, testet nur nukleäre DNA. MtDNA ist nicht nur reichlich vorhanden, sondern wird auch tiefer in die Zellen transportiert, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sie zerstört wird, wenn die Zelle kompromittiert wird. Es verschlechtert sich nicht, selbst wenn die Probe alt ist. Dies macht die mitochondriale DNA-Analyse zu einem äußerst wertvollen Werkzeug bei der Lösung von Erkältungsfällen.
Die Tests beginnen mit der Sammlung und Dokumentation der Probe. Fotos werden gemacht, weil der Prozess das Material zerstört. Nach Abschluss der Sichtprüfung wird die Probe sorgfältig gereinigt, um alle Verunreinigungen zu entfernen, die die Ergebnisse beeinträchtigen könnten. Die Probe wird dann verarbeitet, um viele Kopien der DNA herzustellen, die analysiert und mit einer Kontrolle verglichen werden können.
Alle mütterlich verwandten Personen, wie zum Beispiel Geschwister, die dieselbe Mutter haben, haben genau dieselbe mtDNA, obwohl die Analyse keine Individuen unterscheiden kann. Es wird häufig bei Vermisstenfällen oder bei der Entdeckung nicht identifizierter Überreste verwendet, da ein überlebender mütterlicher Verwandter eine Vergleichsstichprobe beisteuern kann. Mitochondriale DNA-Analysen können auch mit tierischer DNA durchgeführt werden und helfen Wissenschaftlern, Arten über Generationen hinweg zu verfolgen.
Mitochondriale DNA-Analysen wurden verwendet, um die Überreste des US-amerikanischen Gesetzlosen Jesse James sowie der Zarin Alexandra Feodorovna Romanova und ihrer Kinder zu identifizieren. Ana Anderson, eine Frau, die behauptete, sie sei die Tochter der Kaiserin Anastasia, die die Hinrichtung der Familie überlebt hatte, wurde diskreditiert, nachdem mtDNA gezeigt hatte, dass sie eine Polin namens Franzisca Schonzkowska ist. Die Analyse von Gewebe aus dem konservierten Herzen eines Kindes, das angeblich Marie Antoinettes Sohn Louis Charles war, der während der Französischen Revolution im Gefängnis starb, und mtDNA aus dem Haar der Königin zeigten, dass das Kind höchstwahrscheinlich der unglückliche Prinz war.