Ahli biologi membagi semua kehidupan di Bumi menjadi tiga domain: bakteri, archaea dan eukarya. Bakteri dan archaea keduanya terdiri dari sel tunggal yang tidak memiliki nukleus dan tidak ada organel yang terikat membran internal. Eukarya adalah semua organisme yang selnya mengandung nukleus dan organel lain yang terikat membran internal. Eukariota juga dikenal memiliki organel khusus yang disebut mitokondria. Mitokondria adalah ciri umum dari kebanyakan eukariota sehingga banyak orang mengabaikan beberapa eukariota yang tidak memiliki mitokondria.
Sebuah sel eukariotik tunggal terdiri dari sitoplasma berair seperti gel di mana membran inti globular memegang DNA, dan kompartemen membran-terikat memisahkan area kerja sel lainnya. Hampir semua eukariota mengandung organel yang disebut mitokondria. Mitokondria mengandung DNA mereka sendiri dan menggunakan mesin sintesis protein mereka sendiri -- sepenuhnya tidak bergantung pada mesin sel lainnya. Pandangan yang diterima adalah bahwa bakteri menginvasi archaean ratusan juta tahun yang lalu. Hubungan itu berkembang menjadi hubungan simbiosis. Bakteri sekarang dikenal sebagai mitokondria, dan kombinasi tersebut berkembang menjadi sebagian besar organisme eukariotik yang dikenal.
Mitokondria adalah situs penghasil energi utama di sebagian besar sel eukariotik. Mereka sangat penting untuk proses yang disebut respirasi seluler aerobik. Respirasi sel adalah proses di mana sel memecah molekul organik dan menyimpan energi yang mereka ekstrak dalam molekul yang disebut adenosin trifosfat, atau ATP. Hal ini dapat dilakukan tanpa oksigen, dalam hal ini disebut respirasi anaerob. Tetapi jika oksigen ada, sebagian besar sel eukariotik dan beberapa sel prokariotik dapat menghasilkan lebih banyak molekul ATP menggunakan proses respirasi seluler aerobik. Pada eukariota, proses ini terjadi di dalam mitokondria. Pada prokariota aerobik, proses ini terjadi pada membran sel.
Banyak sel eukariotik mendapatkan sebagian besar energi mereka dari glukosa. Langkah pertama adalah membagi glukosa menjadi dua bagian yang sama. Langkah itu disebut glikolisis. Terjadi glikolisis dalam sitoplasma dan menghasilkan sedikit energi untuk sel. Langkah selanjutnya dalam produksi energi tergantung pada jenis sel tertentu dan lingkungan sesaat di dalam sel. Jika kadar oksigen rendah, sel eukariotik dapat kembali melakukan respirasi seluler anaerobik -- khususnya, suatu proses disebut fermentasi, yang menggunakan produk glikolisis untuk menghasilkan sedikit lebih banyak energi dan meninggalkan senyawa yang disebut laktat AC id. Sel otot manusia melakukan ini ketika permintaan energi dari otot melebihi kecepatan oksigen yang diambil. Ketika tingkat oksigen yang cukup hadir, manusia dan organisme eukariotik lainnya mengambil keuntungan dari yang lebih besar jumlah energi yang dapat diperoleh dari penggunaan produk glikolisis untuk menyelesaikan respirasi aerobik di mitokondria.
Eukariota yang menggunakan oksigen untuk mengoptimalkan produksi energi mereka tidak dapat bertahan jika mitokondria mereka diambil. Tetapi ada eukariota yang tidak memiliki mitokondria, disebut eukariota amitokondriat. Karena mereka tidak memiliki mitokondria untuk menyelesaikan respirasi aerobik, semua eukariota amitokondriat bersifat anaerobik. Parasit usus Giardia lamblia, misalnya, bersifat anaerobik dan tidak memiliki mitokondria. Beberapa amitokondriat lainnya adalah Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum, dan Entamoeba histolytica. Ada beberapa pertanyaan mengenai asal usul organisme ini: apakah mereka kehilangan mitokondria? pernah memiliki, atau apakah mereka keturunan eukariota paling awal dari sebelum fusi dengan mitokondria? Hubungan filogenetik yang berbeda antara amitokondria dan eukariota lainnya telah diusulkan, tetapi tidak ada satu pun penjelasan yang diterima saat ini.