许离子与小分子自由移动进入膜间隙。这对于与这些细胞器功能相关的溶质来说，并不意味着他们与胞质溶胶之间在本质上是连续的。驶往线粒体基质或组织基质的酶可以以运输的方式穿过线粒体膜间隙。线粒体中的移位酶有的在线粒体外膜上（TOM）有的在线粒体内膜上（TIM，叶绿体中的移位酶有的在外膜上（TOC）有的在内膜上（TIC）。在电子传递期间，因为质子梯度的缘故，膜间隙倾向于低pH，当质子从线粒体基质被泵入膜间隙时就会产生质子梯度。负责形成质子梯度的相应细胞结构包括了：辅酶Q、NADH-辅酶Q氧化还原酶复合体（复合体I）、