Dziedziczenie mitochondrialne – dziedziczenie informacji genetycznej zawartej w genomie mitochondrialnym (mtDNA). Dziedziczenie to nie odbywa się zgodnie z prawami Mendla.
U ssaków i ptaków mitochondria wraz ze znajdującym się w nich mtDNA dziedziczone są niemal wyłącznie w linii matczynej (żeńskiej), ponieważ wszystkie lub niemal wszystkie pochodzą z oocytu. Bardzo nieliczne (jeśli w ogóle) są przekazywane w plemniku, a ponadto te pochodzące od ojca (wraz z zawartym w nich mtDNA) są niszczone we wczesnych fazach rozwoju zygoty. Zatem geny mitochondrialne są przekazywane przez matkę potomstwu obu płci. Taki wzór dziedziczenia obserwuje się też w chorobach mitochondrialnych – związanych z mutacjami w genomie mitochondrialnym. Jak dotąd u ludzi opisano tylko jeden przypadek dziedziczenia genomu mitochondrialnego po ojcuSchwartz M, Vissing J. Paternal inheritance of mitochondrial DNA N Engl J Med 2002;347:576–80.. W genomie mitochondrialnym ssaków nie obserwuje się też rekombinacji. Sposób dziedziczenia genomu mitochondrialnego pozwala na wykorzystywanie go w badaniach nad ewolucjąPakendorf B, Stoneking M. Mitochondrial DNA and human evolution. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2005;6:165-83..