細胞質中存在的支配遺傳性狀的基因。細胞質基因組（plasmon）是細胞質中基因的總稱，而細胞質基因是指細胞質中存在的一個個基因。在細胞質基因中，凡存在於色素體中的稱為質體基因，存在於線粒體中的稱為線粒體基因等，從線粒體、葉綠體等小細胞器中曾經分離出被染色體那樣的DNA。
細胞質基因也是雙螺旋結構，按半保留方式複製，與
核基因的突變率相同，但個別
遺傳密碼子不同於核基因。
特別值得注意的是與核基因不同的是細胞質基因為母傳子代。
對人的
線粒體DNA的研究表明，線粒體DNA的缺陷與數十種
人類遺傳病有關。這些疾病很多事與腦部和肌肉有關的。例如，線粒體肌病和神經性肌肉衰弱，
運動失調及眼視網膜炎等。
1962年，科學家用
電子顯微鏡觀察
衣藻、
玉米等植物葉綠體的
超薄切片，發現在葉綠體的基質中有長度為20.5nm左右的細纖維存在。用
DNA酶處理，這種細纖維就消失。由此證明，這種細纖維就是
葉綠體DNA。後來，科學家用
生物化學的方法，證明了細胞的線粒體中也含有DNA。線粒體和葉綠體中的DNA，都能夠進行半自主自我複製，並通過轉錄和翻譯 控制某些蛋白質的合成。為了與
細胞核的基因相區別，將線粒體和葉綠體中的基因稱做細胞質基因。