目前线粒体病无特效治疗，也无法根除病因，所以临床上的对症治疗对患者更重要。因为线粒体疾病最根本的缺陷在于ATP产生不足，所以改善能量代谢的维生素、药物、ATP和抗氧化剂都有助于症状的缓解。
一、一般治疗
癫痫的控制、肾衰的防范和治疗、血糖的控制、酸中毒的治疗、心脏损害的处理、胃肠症状的处理、肺部感染的控制等对于患者均可能是挽救生命的治疗。
二、药物治疗
1、辅酶Q10、艾地苯醌、维生素C、维生素E、硫辛酸，能够清除氧自由基。
2、二氯乙酸、二甲基甘氨酸，可减少有毒性产物。
3、辅酶Q10、艾地苯醌、琥珀酸盐、维生素K，此类药物可增加旁路电子传递。
4、肌酸、肉碱、烟酰胺、硫胺素、核黄素，以补充代谢辅酶。
三、手术治疗
1、线粒体病患者上睑下垂以及斜视症状，多数患者需行二次或三次手术以获得长期效果。
2、环咽喉肌失迟缓导致KSS出现吞咽困难者，切除部分肌肉后可改善。
3、线粒体耳聋患者配戴助听器无效时可植入耳蜗。
4、线粒体心肌病患者经过评估后可以进行心脏移植。
四、其他治疗
1、存在冠状动脉病变或外周血管硬化的患者需行血管介入治疗。对于有室上速、预激综合征或难治心律失常表现的原发性线粒体病患者应考虑消融术。低阈值植入式起搏器可预防心源性猝死，必要时可联合使用起搏器及植入式除颤仪。对于有猝死风险的原发性线粒体病患者，当其左室壁厚度大于30mm，以及有持续性或非持续性室性心动过速者，可使用植入式心脏转律除颤仪。
2、线粒体病合并癫痫、周围神经病、运动障碍及肌张力障碍、头痛的治疗，原则同非线粒体病患者。部分性发作持续状态、突发头痛或头痛恶化可能提示卒中发作或癫痫发作，应进一步评估。拉莫三嗪、苯二氮卓类、托吡酯和左乙拉西坦均可用于线粒体病患者的癫痫治疗，拉莫三嗪和左乙拉西坦为治疗一线药物。
3、线粒体病相关糖尿病患者常常同时存在胰岛素抵抗以及胰岛素分泌不足，需考虑联合用药。
4、一旦出现身材矮小和(或)身高、体重增长不良，应注意生长激素缺乏等病因的寻找，对于生长激素缺乏者应考虑生长激素治疗。疲劳加重或有肾上腺功能不全典型症状者应考虑肾上腺皮质功能不全。原发性线粒体病患者应合理补充维生素D和钙剂，注意预防跌倒及外伤，避免发生骨折。
5、运动障碍患者，应综合使用药物、支具、手术、物理治疗以最大限度地提高运动能力，防止关节挛缩，缓解不适和疼痛，也可考虑深部脑刺激治疗。