Ty thể là một bào quan quan trọng trong tế bào, có nguồn từ vi khuẩn. Mặc dù qua thời gian tiến hóa, ty thể vẫn giữ lại hệ gen riêng, độc lập với bộ gen trong nhân tế bào. Hệ gen ty thể có dạng vòng, kích cỡ 16 569 bp (cặp ba-zơ) đã và đang được nghiên cứu nhiều. Một trong những ứng dụng của mtADN là xác định mối quan hệ huyết thống, dựa vào các marker có kích cỡ hàng chục đến hàng trăm bp.

ADN ty thể có cả ở nam và nữ (xét nghiệm ADN ty thể có thể thực hiện trên cả nam và nữ). Nhưng chỉ có nữ giới mới có thể truyền ADN ty thể cho thế hệ tiếp theo. Vì trong thụ tinh hình thành hợp tử, tinh trùng chỉ đóng góp một nửa bộ gen trong nhân, trong khi trứng chứa một nửa bộ gen nhân và toàn bộ ty thể trong tế bào chất. Qua các thế hệ tế bào, ty thể của mẹ tự nhân đôi và tồn tại trong mọi tế bào của cơ thể con.

Như vậy, bà ngoại đã di truyền ADN ty thể cho các bác gái, mẹ và dì. Bác/dì có thể truyền lại ADN ty thể cho các con của họ, trong khi mẹ cũng sẽ truyền ADN ty thể của bà ngoại cho các con. Cứ tiếp tục như vậy. Xét nghiệm này phục vụ xác định mối quan hệ theo dòng mẹ: bà ngoại-cháu, anh chị em cùng mẹ, dì hoặc bác gái-cháu, anh chị em con bác/con dì.