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由于mtDNA有限的编码能力（编码 13种蛋白），线粒体中的大多数蛋白来源于核基因组编码。因此，线粒体的生物合成不仅依靠mtTFA的输入，而且依赖于许多核编码的基质及膜前体蛋白向线粒体内的输入。这通过所谓的蛋白输入装置实现，其中包括外膜易位酶（Toms）和内膜易位酶（Tims）。线粒体定向蛋白通过分子伴侣蛋白、胞质热休克蛋白 70（HSP70）、线粒体输入刺激子以及可能的Tom34定向到线粒体输入位点。蛋白向线粒体的输入启动于外膜异位酶复合体内的受体，随后其传输前体蛋白到达内膜蛋白。前体蛋白随后被mtHSP70／Tim44复合体引导，在这里mtHSP70充当分子钳的作用，拖动蛋白进入线粒体基质。基质中的加工肽酶使前体蛋白N-末端的靶前序列分裂，然后被HSP60和伴侣素 10 kDa（cpn10）重新折叠成成熟形式。成熟的蛋白然后被整合到线粒体内的适当位置。
骨骼肌在不同的细胞隔间含有不同的线粒体亚级分。肌膜下线粒体迅速定位于肌膜的下面，而肌纤维间线粒体则与肌原纤维混杂在一起。据推测在骨骼肌中这些亚级分具有不同的功能作用，可能由于亚细胞定位的差别，也可能由于其生物化学特性的不同，可部分归功于蛋白输入率的差别。线粒体亚级分中蛋白的输入与它们不同的氧耗比率、ATP合成密切相关，而ATP的合成对胞质中蛋白质的解折叠、异位透膜和最终基质中的重新折叠都是很重要的 [84] 。