Khác với sự di truyền qua nhân, di truyền tế bào chất do các gen trong các bào quan ti thể và lục lạp ở sinh vật nhân thực và plasmit ở sinh vật nhân sơ có một số đặc điểm sau:
- Kết quả lai thuận và lai nghịch khác nhau, trong đó con lai thường mang tính trạng của mẹ, nghĩa là di truyền theo dòng mẹ. Trong di truyền tế bào chất, vai trò chủ yếu thuộc về tế bào chất của giao tử cái được tạo ra từ mẹ.
- Các tính trạng di truyền không tuân theo các quy luật di truyền NST, vì tế bào chất không được phân phối đều cho các tế bào con theo quy luật chặt chẽ như đối với NST. Sự phân chia các thành phần ti thể, lạp thể diễn ra một cách ngẫu nhiên.
- Tính trạng do gen tế bào chất quy định vẫn sẽ tồn tại khi thay thế nhân tế bào bằng một nhân có cấu trúc di truyền khác.
Các đặc điểm trên được xem là các tiêu chuẩn chính dùng để phân biệt giữa gen ngoài NST và gen nhân (NST). Từ đó người ta đưa ra phương pháp để phát hiện gen nằm ngoài NST.
Ngoài những đặc điểm trên, gen nằm ngoài NST còn có 3 đặc điểm sai khác với gen trong nhân như:
- Ở cơ thể đa bào, có hiện tượng hình thành thể khảm do sự phân bố không đồng đều các cơ quan tử mang gen nằm trong tế bào chất qua các lần nguyên phân.
- Tế bào mang các gen bào chất bị đột biến có thể được thay thế bằng các tế bào màng gen tế bào chất bình thường.
Số lượng bào quan mang vật chất di truyền ở bào chất rất lớn và biến động. Khi xảy ra đột biến ở gen nằm trong bào quan nào đó thì rất dễ được thay thế bằng các gen nằm ở các bào quan bình thường, cùng loại. Vì thế, các đột biến ở tế bào chất có thể nhanh bị mất đi. Ngược lại, gen nhân đột biến thường được bảo tồn qua các thế hệ tế bào.
- Nhiều trường hợp, các gen tế bào chất có mối quan hệ mật thiết với các gen nhân. Trong trường hợp này, sự thay thế nhân bằng thực nghiệm sẽ chứng minh được điều đó (ví dụ hiện tượng bất dục đực tế bào chất).
Như vậy, tế bào là một đơn vị di truyền, trong đó nhân có vai trò chính nhưng tế bào chất cũng có vai trò nhất định. Trong tế bào nhân thực có 2 hệ thống di truyền: di truyền NST và di truyền tế bào chất.