大多数DNA存在于细胞核中。然而，细胞质中的一些细胞器 - 如叶绿体和线粒体也有自己的DNA。这些细胞器独立于它们所在细胞的核DNA来复制它们的DNA。非核遗传描述了来自核以外的结构的基因的遗传。

线粒体存在于动植物细胞中。它们被认为是真核细胞的"动力库"，因为它们分解葡萄糖形成能量，为细胞活动提供燃料。线粒体DNA由大约37个基因组成，其中许多基因参与了这一过程，称为氧化磷酸化。

叶绿体存在于植物和藻类中，是光合作用的场所。光合作用允许这些生物体从阳光中产生葡萄糖。叶绿体DNA由约100个基因组成，其中许多基因参与光合作用。

与细胞核中的染色体DNA不同，叶绿体和线粒体DNA不符合孟德尔学派的假设，即生物体的一半遗传物质来自父母双方。这是因为精子细胞在受精过程中通常不会向合子贡献线粒体或叶绿体DNA。

精子细胞主要为合子提供一组单倍体的核染色体，而卵细胞除了提供其核染色体外，还提供其细胞器。合子（和植物细胞中的叶绿体）通常只从卵细胞接收线粒体和叶绿体;这称为母体遗传。母系遗传是一种无核或核外遗传。

为什么线粒体和叶绿体有自己的DNA？普遍的解释是内共生理论。内共生理论认为线粒体和叶绿体曾经是独立的原核生物。在某种程度上，它们加入宿主真核细胞，并进入一种共生关系，这种关系对双方都有利。