Biolozi sav život na Zemlji dijele na tri domene: bakterije, arheje i eukarije. Bakterije i arheje sastoje se od pojedinačnih stanica koje nemaju jezgru i unutarnje organele povezane s membranom. Eukarija su svi organizmi čije stanice sadrže jezgru i druge unutarnje opne vezane organele. Eukarioti su također poznati po tome što imaju specijaliziranu organelu koja se naziva mitohondriji. Mitohondriji su toliko uobičajena značajka većine eukariota da mnogi ljudi previdjuju onih nekoliko eukariota kojima nedostaje mitohondrija.
Jedna eukariotska stanica sastoji se od gelaste vodene citoplazme u kojoj globularna nuklearna membrana drži DNA, a membranski vezani odjeljci odvajaju druga radna područja stanice. Gotovo svi eukarioti sadrže organelu koja se naziva mitohondrion. Mitohondriji sadrže vlastitu DNK i koriste se vlastitim strojevima za sintezu proteina - potpuno neovisno o mehanizmima ostatka stanice. Prihvaćeno je mišljenje da je bakterija napala arheje prije mnogo stotina milijuna godina. Veza se razvila u simbiotsku. Bakterije su danas poznate kao mitohondriji, a kombinacija je evoluirala u većinu poznatih eukariotskih organizama.
Mitohondriji su primarna mjesta za proizvodnju energije u većini eukariotskih stanica. Oni su presudni za proces koji se naziva aerobno stanično disanje. Stanično disanje je proces u kojem stanice dijele organske molekule i pohranjuju energiju koju izvlače u molekule nazvane adenozin trifosfat ili ATP. To se može učiniti bez kisika, što se u tom slučaju naziva anaerobno disanje. Ali ako je prisutan kisik, većina eukariotskih stanica i neke prokariontske stanice mogu stvoriti mnogo više molekula ATP-a koristeći proces aerobnog staničnog disanja. U eukariota se taj proces odvija unutar mitohondrija. U aerobnih prokariota taj se proces odvija na staničnoj membrani.
Mnoge eukariotske stanice glavninu svoje energije dobivaju iz glukoze. Prvi korak je razdvajanje glukoze na dva jednaka dijela. Taj se korak naziva glikoliza. Javlja se glikoliza u citoplazmi i stvara malo energije za stanicu. Sljedeći korak u proizvodnji energije ovisi o određenoj vrsti stanice i trenutnom okruženju unutar stanice. Ako su razine kisika niske, eukariotske stanice mogu se vratiti na anaerobno stanično disanje - točnije, proces pod nazivom fermentacija, koja koristi proizvode glikolize kako bi proizvela malo više energije i ostavlja spoj nazvan mliječna kiselina. Ljudske mišićne stanice to čine kada potreba za energijom iz mišića nadmaši brzinu unosa kisika. Kad su prisutne dovoljne razine kisika, ljudi i drugi eukariotski organizmi koriste veće Količina energije koju mogu dobiti korištenjem proizvoda glikolize za dovršetak aerobnog disanja u mitohondrije.
Eukarioti koji koriste kisik za optimizaciju proizvodnje energije ne bi mogli preživjeti ako im se oduzmu mitohondriji. Ali postoje eukarioti koji nemaju mitohondrije, zvani amitohondrijatni eukarioti. Budući da nemaju mitohondrije koji bi dovršili aerobno disanje, svi amitohondrijski eukarioti su anaerobni. Na primjer, crijevni parazit Giardia lamblia je anaeroban i nema mitohondrije. Neki drugi amitohondrijati su Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum i Entamoeba histolytica. Postoji neko pitanje u vezi s podrijetlom tih organizama: jesu li izgubili mitohondrije koje su nekad imali ili su potomci najranijih eukariota prije fuzije s mitohondrije? Predloženi su različiti filogenetski odnosi između amitohondrijata i drugih eukariota, ali trenutno nema jedinstvenog prihvaćenog objašnjenja.