質粒DNA在微生物學、分子生物學和遺傳學領域具有多種作用：
作為基因工程中的載體。質粒DNA被用作工具，將外源基因插入到受體細胞中，以實現基因的表達和遺傳。
具有自主複製能力。在細菌等宿主細胞中，質粒DNA能夠保持恆定的拷貝數，並傳遞給子代細胞。
賦予宿主菌某些生物學性狀。例如，在特定的環境條件下促進細菌的生存。
參與能量產生。某些質粒編碼與能量代謝相關的酶和蛋白質，如線粒體DNA在真核細胞中參與氧化磷酸化過程。
遺傳信息傳遞。線粒體DNA中的基因主要通過母系傳遞，影響整個母體後代。
功能調控。編碼的蛋白質參與調節細胞內部環境，維持線粒體的形態和結構。
保護宿主。某些質粒通過產生有毒蛋白質或其他機制來保護宿主細胞免受外來生物的侵害或抗生素的影響。
參與惡劣環境下的複製。例如，R質粒具有天然抗生素抗性基因，幫助宿主抵抗抗生素；V質粒在細菌致病時發揮作用；D質粒幫助細菌降解或破壞有害化合物。
此外，端粒DNA在染色體穩定性中也扮演重要角色，但其作用與質粒DNA不同。