Het meeste DNA zit in de kern van een cel. Sommige organellen in het celcytoplasma – zoals chloroplasten en mitochondriën – hebben echter ook hun eigen DNA. Deze organellen repliceren hun DNA onafhankelijk van het nucleaire DNA van de cel waarin ze zich bevinden. Niet-nucleaire overerving beschrijft de overerving van genen van andere structuren dan de kern.
Mitochondriën zijn aanwezig in de cellen van zowel planten als dieren. Ze worden beschouwd als de 'krachtpatsers' van eukaryotische cellen omdat ze glucose afbreken om energie te vormen die de cellulaire activiteit voedt. Mitochondriaal DNA bestaat uit ongeveer 37 genen, en de meeste genen dragen bij aan dit proces, wat oxidatieve fosforylering wordt genoemd.
Chloroplasten komen voor in de cellen van planten en algen, waarbinnen fotosynthese plaatsvindt. Door fotosynthese kunnen deze organismen glucose uit zonlicht produceren. DNA in chloroplasten bestaat uit ongeveer 100 genen, waarvan er vele betrokken zijn bij fotosynthese.
In tegenstelling tot chromosomaal DNA in de kern, houdt het DNA van de chloroplast en de mitochondriën zich niet aan de Mendeliaanse aanname dat de helft van het genetisch materiaal van een organisme van elke ouder komt. Dit komt omdat spermacellen over het algemeen geen DNA uit de mitochondriën of choroplasten bijdragen aan zygoten tijdens de bevruchting.
Terwijl een zaadcel in de eerste plaats een haploïde set van nucleaire chromosomen bijdraagt aan de zygoot, draagt een eicel naast zijn nucleaire chromosomen ook zijn organellen bij. Zygoten (en chloroplasten in plantencellen) ontvangen mitochondriën en chloroplasten doorgaans uitsluitend uit de eicel; dit wordt maternale overerving genoemd. Maternale overerving is een niet-nucleaire of extranucleaire overerving.
Waarom hebben mitochondriën en chloroplasten hun eigen DNA? De heersende verklaring komt van de endosymbiotische theorie. De endosymbiotische theorie stelt dat mitochondriën en chloroplasten ooit onafhankelijke prokaryoten waren. Op een gegeven moment sloten ze zich aan bij eukaryote gastheercellen en gingen een symbiotische relatie aan – een die beide partijen ten goede komt.
