半自主性细胞器（semiautomous organelle）的概念：自身含有遗传表达系统（自主性）；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息（自主性有限）。叶绿体和线粒体都属于半自主性细胞器。

线粒体和叶绿体中有DNA和RNA、核糖体、氨基酸、活化酶等。这两种细胞器均有自我繁殖所必需的基本组分，具有独立进行转录和转译的功能。迄今为止，已知线粒体基因组仅能编码约20种线粒体膜和基质蛋白并在线粒体核糖体上合成；线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由核基因编码，在细胞质核糖体上合成，然后转移至线粒体或叶绿体内。这些蛋白质与线粒体或叶绿体DNA编码的蛋白质协同作用，可以说，细胞核与发育成熟的线粒体和叶绿体之间存在着密切的、精确的、严格调控的生物学机制。在二者协同作用的关系中，细胞核的功能更重要，一方面它提供了绝大部分遗传信息；另一方面它具有关键的控制功能。也就是说，线粒体和叶绿体的自主程度是有限的，而对核遗传系统有很大的依赖性。因此，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的控制，所以称为半自主性细胞器。

线粒体DNA呈双链环状，与细菌DNA相似。一个线粒体中可有一个或几个DNA分子。各种生物的线粒体DNA大小不一样，大多数动物细胞线粒体DNA的周长约为5μm，约含有16 000个碱基对，相对分子质量比核DNA分子小100～1 000倍。叶绿体DNA也呈双链环状，其大小差异较大(有200 000～2 500 000个碱基对)。叶绿体DNA的周长一般在40～60 μm。每个线粒体中平均约含有6个线粒体DNA分子，每个叶绿体中平均约含12个叶绿体DNA分子。