- Tốc độ đột biến lớn gấp 5-10 lần so với hệ gen nhân [10]. - Số lượng bản sao lớn [37], [53], [67].
- Đơn bội, hầu như không có sự tái tổ hợp [28], [53], [70].
- Di truyền theo dòng mẹ ở phần lớn các loài [12], [28], [37], [53].
Phân tử DNA ty thể có tốc độ đột biến nhanh hơn 5-10 lần so với các gen nhân do cơ chế sửa chữa tái bản DNA không hiệu quả do đó dẫn đến nhiều biến dị trong ty thể, không chỉ giữa các loài mà còn cả trong một loài. Bên cạnh đó, các biến dị này không giống nhau giữa các ty thể trong cùng một tế bào và giữa các tế
bào khác nhau. Do đó, dựa vào tốc độ thay đổi nucleotide có thể xác định thời gian tiến hóa, xác lập đồng hồ phân tử. DNA ty thể có đặc điểm đơn bội, không tái tổ hợp, di truyền theo dòng mẹ, điều đó có nghĩa là mỗi phân tử cũng như toàn bộ DNA ty thể thường chỉ có một lịch sử phả hệ theo dòng mẹ. Thêm vào đó DNA ty thể tồn tại với số lượng bản sao lớn trong mỗi tế bào. Các đặc điểm trên cùng với việc DNA ty thể bền vững hơn DNA nhân trong khi tách chiết do có cấu trúc dạng vòng [34], nên sử dụng DNA ty thể như là một công cụ phân tử trong việc phân tích các mối quan hệ tiến hóa và biến đổi di truyền trong loài và giữa các loài có nhiều thuận lợi [24], [50], [56].
Đáng chú ý là trật tự sắp xếp của các gen trong phân tử DNA dạng vòng có thể không giống nhau giữa các loài, điều này được thể hiện rõ khi so sánh trình tự bộ gen ty thể các taxon bậc bộ trở lên. Vì thế, các đặc điểm về trật tự các gen trên ty thể có triển vọng được sử dụng như một dấu hiệu phân loại đối với các taxon bậc cao [48].