线粒体在整合各种死亡信号刺激、决定细胞命运的过程中起着关键性的作用。线粒体通过释放细胞色素C及其他凋亡相关启动因子caspase蛋白酶级联反应,诱导细胞凋亡。线粒体通透性转运孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)是存在于线粒体膜上的一种电压门控性通道,允许分子量小于1500和离子通过线粒体内膜。脑缺血后,线粒体氧化磷酸化受抑制,电子传递链脱耦联,引起膜损害的自由基产生增加,破坏电子传递,终止ATP的合成,导致神经元坏死。