粒线体缺乏用来检查复制错误的能力，因此粒线体DNA（mDNA）的变异速率比细胞核DNA（一般所指的DNA）更快。粒线体的突变速率快了20倍，这使mDNA能够用来较为精确地追溯出母系祖先。研究族群中的mDNA，也能使人们得知此族群过去的迁移路径，例如来自西伯利亚的美洲原住民；以及来自东南亚的波里尼西亚人。更有甚者，mDNA研究显示在欧洲人的基因中并无参杂尼安德塔人的DNA。与每个细胞核皆只有两套染色体组成的核基因组不同，粒线体基因组在每个粒线体当中，皆有大约10个以环状DNA，整个细胞里则约有8000个。