植物細胞呼吸的主要場所是粒線體。粒線體是一種存在於大多數細胞中的由兩層膜包被的細胞器，是細胞中製造能量的結構，是細胞進行有氧呼吸的主要場所。其直徑在0.5到1.0微米左右。除了溶組織內阿米巴、籃氏賈第鞭毛蟲以及幾種微孢子蟲外，大多數真核細胞或多或少都擁有粒線體，但它們各自擁有的粒線體在大小、數量及外觀等方面上都有所不同。
粒線體擁有自身的遺傳物質和遺傳體系，但其基因組大小有限，是一種半自主細胞器。除了為細胞供能外，粒線體還參與諸如細胞分化、細胞資訊傳遞和細胞凋亡等過程，並擁有調控細胞生長和細胞週期的能力。
粒線體的化學組分主要包括水、蛋白質和脂質，此外還含有少量的輔酶等小分子及核酸。蛋白質佔粒線體乾重的65%～70%。粒線體中的蛋白質既有可溶的也有不溶的。可溶的蛋白質主要是位於粒線體基質的酶和膜的外周蛋白；不溶的蛋白質構成膜的本體，其中一部分是鑲嵌蛋白，也有一些是酶。粒線體中脂類主要分佈在兩層膜中，佔乾重的20%～30%。
