线粒体是存在于大多数真核细胞中的由两层膜包被的细胞器，是细胞中制造能量的结构，也是细胞进行有氧呼吸的主要场所，因此被称为“power house”。除了为细胞供能外，线粒体还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。其直径在0.5到1.0微米左右，拥有自身的遗传物质和遗传体系，但基因组大小有限，是一种半自主细胞器。
生物能量学（bioenergetics）是研究与生命现象相伴的活体内能量的进出和转换的生物物理学的一个分支学科，即研究植物与植物之间、植物与动物之间、动物与动物之间能量转换的学科，是现代生物学研究的重要领域。大部分生物能量学的计算是基于非偏的、用智能方法获得的参数，用计算机进行计算。
线粒体与生物能量学之间的紧密联系体现在线粒体作为能量转换的关键角色上。通过氧化磷酸化等过程，线粒体将食物中的化学能转化为细胞可用的ATP中的化学能，这是生物能量学中的核心过程。
线粒体的生物化学特性，如酶系统、电子传递链和ATP合成酶等，都是实现能量转换的关键。这些生物化学过程在生物能量学中起着至关重要的作用，为我们理解生命体内的能量转换提供了深入的视角。