Mitokondriaalisessa periytymisessä tauti siirtyy jälkeläisille mitokondrioiden välityksellä. Mitokondrioita on munasoluissa, mutta ei siittiöissä. Niinpä sairaan äidin kaikki lapset perivät taudin, mutta sairaan isän lapsille tauti ei periydy. Taudin vaikeusaste saattaa vaihdella huomattavastikin: joku lapsista voi olla lähes oireeton ja toisella tauti voi olla paljon vakavampi, kuin sairaalla äidillä. Tälle periytymistavalle on tyypillistä uudet mutaatiot eli osalla potilaista tauti on syntynyt mitokondriossa tapahtuneen uuden mutaation seurauksena munasolun muodostuessa.