隨著遺傳學和分子生物學的飛速發展，對線粒體腦肌病發病機制的探索取得了顯著進展。首先Anderson等于1987年完成了mtDNA的全部序列分析，Holt于1988年發現線粒體肌病的肌肉組織中mtDNA大片段缺失，同年Wallace報道了第一例LHON病人的mtDNA點突變，Zeviani報道了mtDNA缺失與KSS的關系。Schon于1988年發現KSS病人mtDNA缺失與13個堿基對的重復序列相連。 Zeviani闡明了核基因與線粒體基因組間信號系統缺陷是造成常染色體遺傳的CPEO的主要原因。1990年3個線粒體腦病MERRF、MELAS、 NARP的mtDNA點突變被確定。1991年又發現了2個MELAS突變位置一樣，即發生在tRNA Leu(UUR)基因上的新的點突變3271T-C堿基置換突變。另一個為累及心肌、骨骼肌而不影響中樞神經系統的MiMyCa綜合征。1993年 Santorelli報道了Leigh病患者的mtDNA新突變點。DeVivo等總結發現34例LHON至少與11mtDNA點突變有關，NARP的點突變與Leigh病相同。1993年DeVivo在分子水平上提出新的基因分類。1992年由Pearson和Ballinger提出線粒體肌病新類型糖尿病合并神經性聾。1994年Kadowaki, Van den Ouweland分別證實此綜合征具有與MELAS一樣的tRNA Leu(UUR)的3243核苷酸位點的點突變。