1. 一般治療：感染或精神刺激均可以導致能量消耗增加而誘發疾病，所以應當防止感染和精神刺激的發生。藥物可以導致線粒體或能量代謝的異常，特別是氨基糖甙類抗生素應當儘可能不要採用。有氧耐力鍛鍊可以提高組織毛細血管的密度、增加血管的通透性及線粒體氧化磷酸化相關酶的活性水平，提高患者的肌力。飲食成份中碳水化合物降低，脂肪含量升高。癲癇、血糖、酸中毒、心臟損害、胃腸症狀和肺部感染的控制對於患者均可能是挽救生命的治療。
2. 藥物治療：可以給予艾地苯醌、輔酶Q10、尼克酸、亞葉酸、肉鹼、維生素C、維生素B1、維生素B2、維生素E、維生素K等藥物。
輔酶Q10能抑制脂質的過氧化、抗自由基和直接傳遞電子給複合酶Ⅲ，維持線粒體內腺苷酸濃度，增加ATP的合成和減少細胞的鈣超載，可以提高患者運動耐力，降低血乳酸，使卒中樣發作和癲癇停止。一般50-200mg tid，最高劑量可達1000mg/d。維生素C和維生素E為氧化還原劑，一般給予維生素C 10mg/kg /d或100-400mg/d。維生素E 為200-1200IU/d。維生素K是NADH向輔酶Q和細胞色素C傳遞電子的重要載體，維生素K1為 10mg/kg/d，治療酶複合體Ⅰ或Ⅲ缺陷型的線粒體病，維生素K3為5-80 mg/d。左旋肉鹼促進脂肪代謝，一般300-1000mg tid。維生素B2也讓具有促進能量代謝作用，一般50-200mg/d。精氨酸，治療患者的代謝性酸中毒。一般大劑量口服，一日3克。丙酮酸鈉，0.5-1g/kg/d。
艾地苯醌(0.5mg/kg/日)治療可提高患者肌力、運動耐力、協調性並減輕患者疲勞感，可以用到900毫克/d。與琥珀酸鹽合用治療mtDNA大片段缺失的患者可改善呼吸鏈功能。能夠透過血腦屏障，更利於MELAS的治療。
亞葉酸，對KSS患者可改善患者頭顱MRI的白質病變，MELAS也可以採用。
EPI-743, 是維生素E的衍生物，作用更強，而且價格適中，可以用於各種線粒體的治療。
中藥可以用黃芪治療，可能有效。
急性期可以給與糖皮質激素短期治療
避免使用影響線粒體功能的藥物。布比卡因、β受體阻滯劑可影響呼吸鏈功能，他汀類藥物引起內源性CoQ10降低，丙戊酸鹽引起肉鹼耗竭，巴比妥及氨基糖甙類抗生素影響線粒體蛋白合成及線粒體的大小，雙胍類藥物誘發乳酸升高。對於手術病人應儘量選擇局部麻醉，需進行全身麻醉的患者應儘量避免過度鎮靜抑制呼吸以及使用加劇心臟傳導阻滯的藥物，儘量減少機體能耗，維持內環境的穩定。
3. 不同症狀的控制
在線粒體病治療的一般藥物基礎上需要注意：
酸中毒：用精氨酸、維生素B2以及丙酮酸鈉治療
癲癇症狀：妥泰和左乙拉西坦為首先選擇藥物，拉莫三嗪和勞拉西泮配合也是最佳搭配，要足量用藥。控制了癲癇，就可以控制大部分的疾病發作。一般不要用丙戊酸鈉、卡馬西平以及卡帕噴丁，這些藥有線粒體毒性。
卒中症狀：大劑量精氨酸和艾迪苯醌(300毫克)，可以防止發作。
糖尿病：加胰島素治療
肌肉無力：硫辛酸加一水肌酸治療，乳酸酸中毒嚴重的患者一般不要採用。煙酰胺每日50-200毫克有效。而肌酸要每天二次，一次5克，治療2周，而後降低到2克。一日二次。要和輔酶Q10同時用。
4. 手術治療：眼外肌癱瘓可以做整形手術，聽力喪失可以做耳蝸植入術等。
5.增強線粒體自噬，線粒體自噬可以清楚突變的異常線粒體，達到控制疾病的目的，雷帕黴素可以試用。
