Современные митохондриальные и хлоропластные геномы сохранили некоторые характеристики своих предков-прокариот, а также приобрели новые признаки во время эволюции в эукариотических клетках. Как и прокариотические геномы, митохондриальные и хлоропластные геномы не связываются с гистоноподобными белками и не демонстрируют сложной упаковки в хромосомоподобные структуры, как это наблюдается у эукариот. В отличие от митотических клеточных делений, наблюдаемых в эукариотических клетках, митохондрии и хлоропласты подвергаются бинарному делению и одинаково разделяют свою ДНК на дочерние органеллы, как это наблюдается у прокариот. Кроме того, рибосомы как в митохондриях, так и в хлоропластах чувствительны к антибактериальным антибиотикам.
Геномы прокариот состоят из миллионов пар оснований и тысяч генов, митохондриальные и хлоропластные геномы, за исключением нескольких растений, намного меньше с числом пар оснований в тысячах и с несколькими сотнями генов. Эта разница в размерах геномов произошла из-за того, что в ходе эволюции значительная часть примитивных геномов митохондрий и хлоропластов экспортировалась в ядро. Этот экспорт генов сделал их зависимыми от ядерного генома в обеспечении некоторых белков, необходимых для их биогенеза.
Различные пути эволюции животных и растений привели к значительным различиям между геномами животных митохондрий и растительных митохондрий и хлоропластов. Митохондриальные геномы животных меньше, чем митохондриальные и хлоропластные геномы растений. Кроме того, как и большинство геномов прокариот, митохондриальные геномы животных не содержат интронов. Однако интроны присутствуют в геномах как митохондрий растений, так и хлоропластов. По сравнению с митохондриальными геномами, геномы хлоропластов меньше изменяются по размеру и структуре, а также содержат больше генов. Например, количество генов, присутствующих в геноме хлоропласта Arabidopsis thaliana , почти вдвое превышает количество генов, присутствующих в его митохондриальном геноме. Кроме того, геномы хлоропластов больше похожи на свои прокариотические аналоги, чем на митохондриальный геном, поскольку они похожи по своим регуляторным последовательностям и расположению многих генных кластеров.
