Biologové rozdělují veškerý život na Zemi do tří domén: bakterie, archea a eukarya. Bakterie a archea se skládají z jednotlivých buněk, které nemají jádro a žádné vnitřní membrány vázané organely. Eukarya jsou všechny organismy, jejichž buňky obsahují jádro a další vnitřní membrány vázané organely. Eukaryoty jsou také známé tím, že mají specializovanou organelu zvanou mitochondrie. Mitochondrie jsou tak běžným rysem většiny eukaryot, že mnoho lidí přehlíží těch několik eukaryot, kterým mitochondrie chybí.
Jedna eukaryotická buňka se skládá z gelovité vodné cytoplazmy, ve které globulární jaderná membrána drží DNA a oddíly vázané na membránu oddělují další pracovní oblasti buňky. Téměř všechny eukaryoty obsahují organelu zvanou mitochondrion. Mitochondrie obsahují vlastní DNA a používají vlastní aparát pro syntézu proteinů - zcela nezávislý na aparátu zbytku buňky. Přijímá se názor, že bakterie napadla archaean před mnoha stovkami milionů let. Vztah se vyvinul v symbiotický. Bakterie jsou nyní známé jako mitochondrie a kombinace se vyvinula do většiny známých eukaryotických organismů.
Mitochondrie jsou primární zdroje energie ve většině eukaryotických buněk. Jsou kritické pro proces zvaný aerobní buněčné dýchání. Buněčné dýchání je proces, při kterém buňky štěpí organické molekuly a ukládají energii, kterou extrahují, v molekulách nazývaných adenosintrifosfát nebo ATP. To lze provést bez kyslíku, v takovém případě se to nazývá anaerobní dýchání. Pokud je však přítomen kyslík, většina eukaryotických buněk a některých prokaryotických buněk může generovat mnohem více molekul ATP pomocí procesu aerobního buněčného dýchání. U eukaryot se tento proces odehrává v mitochondriích. U aerobních prokaryot probíhá tento proces na buněčné membráně.
Mnoho eukaryotických buněk získává většinu své energie z glukózy. Prvním krokem je rozdělení glukózy na dvě stejné části. Tento krok se nazývá glykolýza. Dochází ke glykolýze v cytoplazmě a generuje trochu energie pro buňku. Další krok ve výrobě energie závisí na konkrétním typu buňky a okamžitém prostředí uvnitř buňky. Pokud jsou hladiny kyslíku nízké, mohou eukaryotické buňky spadnout zpět na anaerobní buněčné dýchání - konkrétně proces fermentace, která využívá produkty glykolýzy k výrobě trochu více energie a zanechává sloučeninu zvanou mléčná kyselina. Lidské svalové buňky to dělají, když poptávka po energii ze svalů předčí rychlost přijímání kyslíku. Jsou-li přítomny dostatečné hladiny kyslíku, lidé a další eukaryotické organismy využívají výhod vyššího množství energie, které mohou získat z použití produktů glykolýzy k dokončení aerobního dýchání v mitochondrie.
Eukaryoty, které používají kyslík k optimalizaci své produkce energie, by nemohly přežít, kdyby jim byly odebrány mitochondrie. Existují ale eukaryoty, které nemají žádné mitochondrie, nazývané amitochondriátové eukaryoty. Vzhledem k tomu, že nemají mitochondrie k dokončení aerobního dýchání, jsou všechny amitochondriátové eukaryoty anaerobní. Například střevní parazit Giardia lamblia je anaerobní a nemá mitochondrie. Některé další amitochondraty jsou Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum a Entamoeba histolytica. Existuje otázka týkající se původu těchto organismů: ztratili mitochondrie, které oni kdysi měli, nebo jsou to potomci prvních eukaryot z doby před fúzí s mitochondrie? Byly navrženy odlišné fylogenetické vztahy mezi amitochondraty a jinými eukaryoty, ale v současné době neexistuje jediné přijaté vysvětlení.
