當線粒體的膜電位下降，線粒體膜通透性增加，線粒體內促凋亡因子（例如：
當線粒體的膜電位下降，線粒體膜通透性增加，線粒體內促凋亡因子（例如：Cyt C、AIF、SMAC/DIABLO、HTRA2/OMI、ENDOG）釋放到胞質中。Cyt C釋放到胞內以后，與Apaf-1相互作用，在ATP和dATP的協助下形成凋亡復合體，凋亡復合體通過招募并激活Pro-Caspase9，形成Caspase9全酶。Caspase9全酶進一步激活效應Caspase3和Caspase7，啟動Caspase級聯反應，切割細胞中如α-tubulin、Actin、PARPA、Lamin等超過100種的底物，最終導致細胞凋亡。
凋亡抑制蛋白（IAPs）可以抑制Caspase3、Caspase7激活，從而抑制細胞凋亡。SMAC/DIABLO、HTRA2/OMI從線粒體釋放到胞內后與IAPs結合后，解除IAPs的抑制作用從而間接促進凋亡。
隨著線粒體膜電位的改變，釋放到胞內的還有AIF、ENDOG。隨后AIF、ENDOG會被轉運至細胞核。AIF、ENDOG引起細胞核中的染色體凝聚和DNA片段化，從而導致細胞凋亡。
線粒體介導的凋亡