Οι βιολόγοι χωρίζουν όλη τη ζωή στη Γη σε τρεις τομείς: βακτήρια, archaea και eukarya. Τα βακτήρια και η αρχαία αποτελούνται από μεμονωμένα κύτταρα που δεν έχουν πυρήνα και δεν έχουν εσωτερικά μεμβράνη συνδεδεμένα οργανίδια. Το Eukarya είναι όλοι οι οργανισμοί των οποίων τα κύτταρα περιέχουν έναν πυρήνα και άλλα εσωτερικά συνδεδεμένα με μεμβράνη οργανίδια. Οι ευκαρυώτες είναι επίσης γνωστοί για το ότι έχουν ένα εξειδικευμένο οργανικό που ονομάζεται μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια είναι ένα τόσο κοινό χαρακτηριστικό των περισσότερων ευκαρυωτικών που πολλοί άνθρωποι αγνοούν εκείνους τους λίγους ευκαρυωτικούς που δεν έχουν μιτοχόνδρια.
Ένα απλό ευκαρυωτικό κύτταρο αποτελείται από ένα υδατικό κυτταρόπλασμα που μοιάζει με πηκτή στο οποίο μια σφαιρική πυρηνική μεμβράνη συγκρατεί το DNA και τα διαχωρισμένα με μεμβράνη διαμερίσματα χωρίζουν άλλες περιοχές εργασίας του κυττάρου. Σχεδόν όλα τα ευκαρυωτικά περιέχουν ένα οργανικό που ονομάζεται μιτοχόνδριο. Τα μιτοχόνδρια περιέχουν το δικό τους DNA και χρησιμοποιούν τα δικά τους μηχανήματα σύνθεσης πρωτεϊνών - εντελώς ανεξάρτητα από τα μηχανήματα του υπόλοιπου κυττάρου. Η αποδεκτή άποψη είναι ότι ένα βακτήριο εισέβαλε σε έναν αρχαίο πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Η σχέση εξελίχθηκε σε συμβιωτική. Τα βακτήρια είναι τώρα γνωστά ως μιτοχόνδρια και ο συνδυασμός εξελίχθηκε στους περισσότερους από τους γνωστούς ευκαρυωτικούς οργανισμούς.
Τα μιτοχόνδρια είναι οι κύριες θέσεις παραγωγής ενέργειας στα περισσότερα ευκαρυωτικά κύτταρα. Είναι κρίσιμα για μια διαδικασία που ονομάζεται αερόβια κυτταρική αναπνοή. Η κυτταρική αναπνοή είναι μια διαδικασία κατά την οποία τα κύτταρα χωρίζουν τα οργανικά μόρια και αποθηκεύουν την ενέργεια που εξάγουν σε μόρια που ονομάζονται τριφωσφορική αδενοσίνη ή ATP. Αυτό μπορεί να γίνει χωρίς οξυγόνο, οπότε ονομάζεται αναερόβια αναπνοή. Αλλά εάν υπάρχει οξυγόνο, τα περισσότερα ευκαρυωτικά κύτταρα και ορισμένα προκαρυωτικά κύτταρα μπορούν να δημιουργήσουν πολύ περισσότερα μόρια ΑΤΡ χρησιμοποιώντας τη διαδικασία της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής. Στα ευκαρυωτικά, αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια. Στα αερόβια προκαρυωτικά, αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στην κυτταρική μεμβράνη.
Πολλά ευκαρυωτικά κύτταρα παίρνουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας τους από τη γλυκόζη. Το πρώτο βήμα είναι να χωρίσετε τη γλυκόζη σε δύο ίσα μέρη. Αυτό το βήμα ονομάζεται γλυκόλυση. Εμφανίζεται γλυκόλυση στο κυτταρόπλασμα και παράγει λίγη ενέργεια για το κύτταρο. Το επόμενο βήμα στην παραγωγή ενέργειας εξαρτάται από τον συγκεκριμένο τύπο κυττάρου και το στιγμιαίο περιβάλλον μέσα στο κύτταρο. Εάν τα επίπεδα οξυγόνου είναι χαμηλά, τα ευκαρυωτικά κύτταρα μπορούν να επιστρέψουν στην αναερόβια κυτταρική αναπνοή - συγκεκριμένα σε μια διαδικασία ονομάζεται ζύμωση, η οποία χρησιμοποιεί τα προϊόντα της γλυκόλυσης για να παράγει λίγο περισσότερη ενέργεια και αφήνει μια ένωση που ονομάζεται γαλακτική οξύ. Τα ανθρώπινα μυϊκά κύτταρα το κάνουν όταν η ζήτηση ενέργειας από τους μύες ξεπερνά το ρυθμό με τον οποίο λαμβάνεται οξυγόνο. Όταν υπάρχουν επαρκή επίπεδα οξυγόνου, οι άνθρωποι και άλλοι ευκαρυωτικοί οργανισμοί εκμεταλλεύονται το μεγαλύτερο ποσότητα ενέργειας που μπορούν να πάρουν από τη χρήση των προϊόντων της γλυκόλυσης έως την ολοκλήρωση της αερόβιας αναπνοής στο μιτοχόνδρια.
Οι ευκαρυώτες που χρησιμοποιούν οξυγόνο για να βελτιστοποιήσουν την παραγωγή ενέργειας δεν θα μπορούσαν να επιβιώσουν εάν τα μιτοχόνδρια τους αφαιρέθηκαν Υπάρχουν όμως ευκαρυώτες που δεν έχουν μιτοχόνδρια, που ονομάζονται αμιτοχονδριακά ευκαρυωτικά. Δεδομένου ότι δεν έχουν μιτοχόνδρια για να ολοκληρώσουν την αερόβια αναπνοή, όλα τα ευκαρυωτικά αμιτοχόνδρια είναι αναερόβια. Το εντερικό παράσιτο Giardia lamblia, για παράδειγμα, είναι αναερόβιο και δεν έχει μιτοχόνδρια. Μερικοί άλλοι αμιτοχονδριτικοί είναι οι Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum και Entamoeba histolytica. Υπάρχει κάποια ερώτηση σχετικά με την προέλευση αυτών των οργανισμών: έχασαν τα μιτοχόνδρια κάποτε είχαν, ή είναι απόγονοι των πρώτων ευκαρυωτικών πριν από τη σύντηξη με μιτοχόνδρια; Έχουν προταθεί διαφορετικές φυλογενετικές σχέσεις μεταξύ των αμιτοχονδριτών και άλλων ευκαρυωτικών, αλλά δεν υπάρχει καμία αποδεκτή εξήγηση αυτή τη στιγμή.