线粒体脑病通常是慢性病，但是也可以急性发作。有些患者在应激状态下或者在感染、劳累的诱因下，可能急性发病。其发病时间不太一样，可以急性突然发病，1-2天达到高峰，如MELAS，也叫线粒体脑病伴高乳酸血症和卒中发作，这种病发病比较急、比较快。
有些慢性线粒体脑病，比如Leber视神经病，起病相对很慢，主要表现为慢性、进行性的视力下降。还有特殊类型的线粒体脑病发病也比较快，多见于婴幼儿，叫做Leigh病，也叫亚急性坏死性脑病。此病进展比较迅猛，智能很快下降，出现很严重的神经系统损害。
总而言之，线粒体脑病既可以急性发病、慢性起病，也可以亚急性起病。重点不在起病的时间，最重要的在于发病时的症状、体征，以及和相关实验室检查能不能确定是线粒体脑病。