二价钙离子(Ca2+)从细胞溶胶运输到线粒体基质，并从基质返回到细胞溶胶(santto - domingo et al. 2010, De Stefani et al. 2016)。在基质中，Ca2+结合并变构调节丙酮酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、2-羟戊二酸脱氢酶和可能的其他酶(Rizzuto et al. 2012)。基质钙也被观察到调节caspase辅助因子的释放和钙通量通过相邻膜上的通道。进入线粒体的途径涉及外膜的VDAC1, VDAC2, VDAC3和内膜的线粒体钙单受体(MCU)复合物。开放构象的vdac是阴离子通道。然而，在封闭的构象中，它们将Ca2+从胞质运输到膜间空间。当胞质和膜间隙中的钙浓度较高时，MCU复合物打开并利用膜电位的驱动力将Ca2+从膜间隙运输到线粒体基质(综述见Drago et al. 2011, Marchi et al. 2014, De Stefani et al. 2015)。
从基质到相膜空间的Ca2 +从位于内膜中的Na + / Ca2 +炔醇SLC8B1（NCLX）催化。还观察到遗体1通过用作H + / Ca2 +抗糖剂来将来自基质的钙从基质输出到膜间隙，尽管在Letm1的敲击下已经发现了稍微矛盾的结果。可以通过Na + / Ca2 +炔醇SLC8A3（NCX3）在胞外隔膜中的钙（NCX3）输送到胞浆溶胶，然而，SLC8A3的线粒体定位是有争议的，并且SLC8A3在组织之间具有有限的分布。