細胞損傷時最常見的改變為線粒體腫大.根據線粒體的受累部位可分為基質型腫脹和嵴型腫脹二種類型,而以前者為常見.
基質型腫脹時線粒體變大變圓,基質變淺,嵴變短變少甚至消失.在極度腫脹時,線粒體可轉化為小空泡狀結構.此型腫脹為細胞水腫的部分改變.光學顯微鏡下所謂的濁腫細胞中所見的細顆粒即腫大的線粒體.
嵴型腫脹較少見,此時的腫脹局限于嵴內隙,使扁平的嵴變成燒瓶狀乃至空泡狀,而基質則更顯得致密.嵴型腫脹一般為可復性,但當膜的損傷加重時,可經過混合型而過渡為基質型.
線粒體為對損傷極為敏感的細胞器,其腫脹可由多種損傷因子引起,其中最常見的為缺氧；此外,微生物毒素,各種毒物,射線以及滲透壓改變等亦可引起.但輕度腫大有時可能為其功能升高的表現,較明顯的腫脹則恒為細胞受損的表現.但只要損傷不過重,損傷因子的作用不過長,腫脹仍可恢復.
線粒體的增大有時是器官功能負荷增加引起的適應性肥大,此時線粒體的數量也常增多,例如見于器官肥大時.反之,器官萎縮時,線粒體則縮小,變少.在某些病理條件下,其體積也可增大.