线粒体DNA和核DNA使用不同的遗传密码。例如，线粒体转录色氨酸的密码子是UGA，而核遗传密码UGA是终止密码子；在线粒体遗传密码中，AUA编码蛋氨酸而不是异亮氨酸，AGA和AGG均是终止密码子而不编码精氨酸。
线粒体中DNA修复机制相对较少，因此与核DNA相比突变率更高。另外，在复制过程中，由于mtDNA聚合酶缺乏校正能力，导致突变增加。然而，10倍以上的突变率（相当于核DNA）有助于在没有其他变异的同一母系样本中发现更多的差异。尽管突变有时会给确定家系关系带来障碍，但在绝大多数人类个体识别中突变率增加是有益的（如当比对骨骼样本与从远房母系亲属参考样本时）。
mtDNA的环状结构使它不易受降解DNA分子的核酸外切酶的影响，在法医DNA检验时能保持完整的DNA分子。相对于核DNA染色体而言，每个细胞中mtDNA分子的数目庞大，且被包裹在双壁细胞器中，这都有助于提高mtDNA的存活率。
核DNA检测时目前亲子鉴定常选择的样本；线粒体DNA检测常用于母系亲子鉴定，其费用相对较高。也常应用考古研究人类亲缘鉴定中。
