Biologer opdeler alt liv på jorden i tre domæner: bakterier, arkæer og eukarya. Bakterier og arkæer består begge af enkeltceller, der ikke har nogen kerne og ingen indre membranbundne organeller. Eukarya er alle de organismer, hvis celler indeholder en kerne og andre indre membranbundne organeller. Eukaryoter er også kendt for at have en specialiseret organel kaldet mitokondrier. Mitokondrier er et så almindeligt træk ved de fleste eukaryoter, at mange mennesker overser de få eukaryoter, der mangler mitokondrier.
En enkelt eukaryot celle består af en gelignende vandig cytoplasma, hvor en kugleformet kernemembran holder DNA'et, og membranbundne rum adskiller andre arbejdsområder i cellen. Næsten alle eukaryoter indeholder en organel kaldet mitokondrion. Mitokondrier indeholder deres eget DNA og bruger deres eget proteinsyntese-maskineri - helt uafhængigt af maskinerne i resten af cellen. Den accepterede opfattelse er, at en bakterie invaderede en arkææner for mange hundrede millioner år siden. Forholdet udviklede sig til et symbiotisk forhold. Bakterierne er nu kendt som mitokondrier, og kombinationen udviklede sig til de fleste af de kendte eukaryote organismer.
Mitokondrier er de primære energigenererende steder i de fleste eukaryote celler. De er kritiske for en proces kaldet aerob cellulær respiration. Cellular respiration er en proces, hvor celler opdeler organiske molekyler og lagrer den energi, de ekstraherer i molekyler kaldet adenosintrifosfat eller ATP. Dette kan gøres uden ilt, i hvilket tilfælde det kaldes anaerob respiration. Men hvis der er ilt til stede, kan de fleste eukaryote celler og nogle prokaryote celler generere mange flere ATP-molekyler ved hjælp af processen med aerob cellulær respiration. I eukaryoter finder denne proces sted inden for mitokondrier. I aerobe prokaryoter finder denne proces sted ved cellemembranen.
Mange eukaryote celler får størstedelen af deres energi fra glukose. Det første trin er at opdele glukose i to lige store dele. Dette trin kaldes glykolyse. Glykolyse forekommer i cytoplasmaet, og det genererer en lille smule energi til cellen. Det næste trin i energiproduktion afhænger af den specifikke type celle og det øjeblikkelige miljø inde i cellen. Hvis iltniveauerne er lave, kan eukaryote celler falde tilbage på anaerob cellulær respiration - specifikt en proces kaldet fermentering, som bruger produkterne fra glykolyse til at producere lidt mere energi og efterlader en forbindelse kaldet mælkesyre syre. Menneskelige muskelceller gør dette, når efterspørgslen efter energi fra muskler overstiger den hastighed, hvormed ilt optages. Når der er tilstrækkelige niveauer af ilt til stede, drager mennesker og andre eukaryote organismer fordel af det større mængde energi, de kan få ved at bruge produkterne fra glykolyse til at fuldføre aerob respiration i luften mitokondrier.
Eukaryoter, der bruger ilt til at optimere deres energiproduktion, kunne ikke overleve, hvis deres mitokondrier blev taget væk. Men der er eukaryoter, der ikke har nogen mitokondrier, kaldet amitochondriate eukaryoter. Da de ikke har nogen mitokondrier til at fuldføre aerob respiration, er alle amitokondrierede eukaryoter anaerobe. Tarmparasitten Giardia lamblia er for eksempel anaerob og har ingen mitokondrier. Nogle andre amitokondriater er Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum og Entamoeba histolytica. Der er et spørgsmål om oprindelsen af disse organismer: mistede de mitokondrierne, de engang havde, eller er de efterkommere af de tidligste eukaryoter fra før fusionen med mitokondrier? Forskellige fylogenetiske forhold mellem amitokondriater og andre eukaryoter er blevet foreslået, men der er ingen enkelt accepteret forklaring på dette tidspunkt.