线粒体和叶绿体都含有少量的DNA和RNA，它们具有半自主性，合成一部分蛋白质和酶，因此线粒体和叶绿体中的少量的RNA和DNA能直接或根本上控制一部分性状。
相同点：都含有遗传物质DNA和RNA，都能产生ATP，都具有封闭的两层单位膜，外膜含有孔蛋白，通透性高；内膜通透性低通常向内折叠――形成线粒体的嵴和叶绿体的类囊体，构成多酶系统行使功能的结构框架。
不同点：
1.线粒体是由外膜、内膜、外室、内室构成的。
叶绿体由叶绿体膜，类囊体和基质构成。
2.线粒体内膜向内室褶叠形成嵴，内膜和嵴的基质面上有许多带柄的球状小体，即基粒。
叶绿体内膜并不向内折叠成嵴，不含电子传递链，内外膜之间形成膜间隙。
3.线粒体内膜以内的空隙为基质腔，充满着基质。
叶绿体内膜与类囊体之间是流动性的基质，其中悬浮着片层系统。
4.叶绿体内膜中除基质外，还有由单位膜封闭形成的扁平类囊体，类囊体膜中镶嵌有大小、数量不同的颗粒，捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上，集中了光合作用能量转换功能的全部组分。
这两种细胞器都具有独立进行转录和翻译。
因此，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及自身的基因组两套遗传信息系统控制的，所以它们都被称为半自主性细胞器。
线粒体DNA呈双链环状，与细菌DNA相似。
一个线粒体中可有一个或几个DNA分子。
各种生物的线粒体DNA大小不一样，大多数动物细胞线粒体DNA的周长约为5μm，约含有16 000个碱基对，相对分子质量比核DNA分子小100～1 000倍。
叶绿体DNA也呈双链环状，其大小差异较大（有200 000～2 500 000个碱基对）。
叶绿体DNA的周长一般在40～60μm。
每个线粒体中平均约含有6个线粒体DNA分子，每个叶绿体中平均约含12个叶绿体DNA分子。
线粒体DNA和叶绿体DNA都可以自我复制，复制也是以半保留方式进行的。
它们的复制都受细胞核的控制，复制所需的DNA聚合酶都是由细胞核DNA编码，在细胞质核糖体上合成的。