人类的遗传物质既包括细胞核中的DNA，也包括线粒体中的DNA。精子和卵细胞都有线粒体，但一般认为，精子的线粒体是不会遗传给子代的。减数分裂而成的精细胞在变形成为精子的过程中，线粒体会以线粒体鞘的形式集中在精子头部以下部位。而受精时，精子只提供位于头部的细胞核，线粒体鞘会与精子尾巴一起断裂而丢失。与之相反，卵细胞则提供细胞核和细胞质（含有大量的线粒体）。
这样，精子的线粒体就不会进入到受精卵，也就不会遗传给后代了。即使少量父亲的线粒体进入受精卵中，也会在胚胎发育的早期阶段消失。
2016年一份发表在《科学》期刊上的研究对此作出了解释：精子在受精前的游动需要线粒体产生的大量能量。而在强负荷的情况下，线粒体会产生很多氧自由基，这些氧自由基能诱导线粒体DNA发生突变。因此，生物就进化出一套自毁机制，来自精子的线粒体最终总会被清除掉。如果这套机制发挥作用有所迟缓，那么由受精卵发育而成的胚胎的死亡率就提高了。
但是，2018年一份发表在《美国国家科学院院刊》的研究报道了一例疑似患有线粒体疾病的4岁男孩，发现他的线粒体DNA存在2个群体的混合。对这个患儿的家族成员开展线粒体遗传调查发现，男孩的线粒体DNA模式来自于他的母亲，而她同时从男孩的外祖母和外祖父处获得了线粒体DNA，比例约为3∶2。而且男孩外祖父和他的2个姐妹的线粒体DNA也是双亲遗传的。
研究还报道了另外2个相互没有血缘关系的家族中也出现了线粒体DNA双亲遗传的现象。科研人员对该遗传现象的解释是，细胞核控制的溶酶体途径和内切酶G途径的相关基因发生了突变，影响了父本线粒体在胚胎发育中的清除过程，这些基因位于常染色体而非线粒体DNA上。
因此，在正常情况下，父亲的线粒体是不会遗传给后代的，但在某些特殊的家族中却可能得到遗传。研究人员估计其在人群中的概率为1/5000。