线粒体DNA突变可能引发细胞能量代谢障碍、特定遗传性疾病、多系统功能异常等后果。线粒体DNA负责编码与能量产生相关的蛋白质和酶，其突变会影响线粒体功能，进而导致多种病理变化。
1、细胞能量代谢障碍
线粒体DNA突变会导致ATP合成效率下降。由于线粒体是细胞的“能量工厂”，其DNA编码的呼吸链复合体蛋白（如细胞色素C氧化酶）功能受损时，三羧酸循环和氧化磷酸化过程受阻，心肌、骨骼肌、神经等需能较高的组织会优先出现功能异常，表现为易疲劳、肌肉无力等症状。
2、遗传性疾病发生
约60%的线粒体疾病与mtDNA突变相关。例如G11778A突变引发Leber遗传性视神经病变导致视力丧失，A3243G突变与线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作相关，典型表现为癫痫发作和认知障碍。这些突变通过母系遗传，子代患病风险与突变mtDNA在细胞中的比例相关。
3、氧化应激损伤加重
突变的呼吸链复合体会增加自由基泄漏。线粒体产生的超氧阴离子等活性氧物质过量积累，会攻击细胞膜脂质、蛋白质和核DNA，形成恶性循环。研究发现，帕金森病患者黑质神经元中的mtDNA突变率较正常人高10倍，这与多巴胺能细胞的氧化损伤密切相关。
4、多系统功能紊乱
不同组织对能量缺失的敏感性差异导致临床表现多样化。突变积累可能同时影响内分泌系统（如糖尿病）、听觉系统（感音神经聋）、消化系统（肝功能障碍）等多个器官。典型病例可同时存在眼外肌麻痹、视网膜色素变性和心脏传导阻滞三联征。
存在线粒体疾病家族史或出现不明原因的进行性肌无力、视力听力下降、代谢性酸中毒等症状时，建议进行mtDNA全基因组测序。目前通过胚胎植入前遗传学诊断技术可阻断致病mtDNA的垂直传播，对症治疗主要采用辅酶Q10、左旋肉碱等代谢支持方案。