Биолозите разделят целия живот на Земята на три области: бактерии, археи и еукария. Бактериите и археите се състоят от единични клетки, които нямат ядро и нямат вътрешни мембранно свързани органели. Eukarya са всички организми, чиито клетки съдържат ядро и други вътрешни мембранно свързани органели. Еукариотите са известни и с това, че имат специализирана органела, наречена митохондрии. Митохондриите са толкова често срещана характеристика на повечето еукариоти, че много хора пренебрегват онези няколко еукариоти, които нямат митохондрии.
Единична еукариотна клетка се състои от гелообразна водна цитоплазма, в която кълбовидна ядрена мембрана задържа ДНК, а мембранно свързани отделения отделят други работни зони на клетката. Почти всички еукариоти съдържат органела, наречена митохондрия. Митохондриите съдържат собствена ДНК и използват собствени машини за синтез на протеини - напълно независими от машините на останалата част от клетката. Приетото мнение е, че бактерия е нападнала архея преди много стотици милиони години. Връзката еволюира в симбиотична. Сега бактериите са известни като митохондрии и комбинацията еволюира в повечето от известните еукариотни организми.
Митохондриите са основните места за генериране на енергия в повечето еукариотни клетки. Те са от решаващо значение за процес, наречен аеробно клетъчно дишане. Клетъчното дишане е процес, при който клетките разделят органичните молекули и съхраняват енергията, която извличат, в молекули, наречени аденозин трифосфат или АТФ. Това може да стане без кислород, в този случай се нарича анаеробно дишане. Но ако присъства кислород, повечето еукариотни клетки и някои прокариотни клетки могат да генерират много повече молекули АТФ, използвайки процеса на аеробно клетъчно дишане. При еукариотите този процес протича в митохондриите. При аеробните прокариоти този процес протича в клетъчната мембрана.
Много еукариотни клетки получават по-голямата част от енергията си от глюкоза. Първата стъпка е да се раздели глюкозата на две равни части. Тази стъпка се нарича гликолиза. Настъпва гликолиза в цитоплазмата и тя генерира малко енергия за клетката. Следващата стъпка в производството на енергия зависи от конкретния тип клетка и моментната среда в клетката. Ако нивата на кислород са ниски, еукариотните клетки могат да паднат обратно при анаеробно клетъчно дишане - по-специално процес наречена ферментация, която използва продуктите на гликолизата, за да произведе малко повече енергия и оставя съединение, наречено млечна киселина. Човешките мускулни клетки правят това, когато търсенето на енергия от мускулите надхвърля скоростта, с която се приема кислород. Когато има достатъчно нива на кислород, хората и други еукариотни организми се възползват от по-голямото количеството енергия, което те могат да получат от използването на продуктите на гликолизата за пълно аеробно дишане в митохондрии.
Еукариотите, които използват кислород, за да оптимизират производството на енергия, не биха могли да оцелеят, ако митохондриите им бъдат отнети. Но има еукариоти, които нямат митохондрии, наречени амитохондриални еукариоти. Тъй като нямат митохондрии за завършване на аеробното дишане, всички амитохондриални еукариоти са анаеробни. Чревният паразит Giardia lamblia например е анаеробен и няма митохондрии. Някои други амитохондриати са Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum и Entamoeba histolytica. Има някои въпроси относно произхода на тези организми: загубили ли са митохондриите някога са имали или са потомци на най-ранните еукариоти от преди сливането с митохондрии? Предложени са различни филогенетични връзки между амитохондриати и други еукариоти, но понастоящем няма единно прието обяснение.