I biologi dividono tutta la vita sulla Terra in tre domini: batteri, archaea ed eucarya. I batteri e gli archei sono entrambi costituiti da singole cellule prive di nucleo e di organelli interni legati alla membrana. Gli eukarya sono tutti gli organismi le cui cellule contengono un nucleo e altri organelli interni legati alla membrana. Gli eucarioti sono anche noti per avere un organello specializzato chiamato mitocondri. I mitocondri sono una caratteristica così comune della maggior parte degli eucarioti che molte persone trascurano quei pochi eucarioti che mancano di mitocondri.
Una singola cellula eucariotica è costituita da un citoplasma acquoso gelatinoso in cui una membrana nucleare globulare contiene il DNA e compartimenti delimitati dalla membrana separano altre aree di lavoro della cellula. Quasi tutti gli eucarioti contengono un organello chiamato mitocondrio. I mitocondri contengono il proprio DNA e utilizzano il proprio meccanismo di sintesi proteica, completamente indipendente dal meccanismo del resto della cellula. L'opinione accettata è che un batterio abbia invaso un archeo molte centinaia di milioni di anni fa. La relazione si è evoluta in una simbiotica. I batteri sono ora conosciuti come mitocondri e la combinazione si è evoluta nella maggior parte degli organismi eucarioti conosciuti.
I mitocondri sono i principali siti di generazione di energia nella maggior parte delle cellule eucariotiche. Sono fondamentali per un processo chiamato respirazione cellulare aerobica. La respirazione cellulare è un processo in cui le cellule scindono le molecole organiche e immagazzinano l'energia che estraggono in molecole chiamate adenosina trifosfato o ATP. Questo può essere fatto senza ossigeno, nel qual caso si parla di respirazione anaerobica. Ma se l'ossigeno è presente, la maggior parte delle cellule eucariotiche e alcune cellule procariotiche possono generare molte più molecole di ATP utilizzando il processo della respirazione cellulare aerobica. Negli eucarioti, questo processo avviene all'interno dei mitocondri. Nei procarioti aerobici, questo processo avviene sulla membrana cellulare.
Molte cellule eucariotiche ottengono la maggior parte della loro energia dal glucosio. Il primo passo è dividere il glucosio in due parti uguali. Questo passaggio è chiamato glicolisi. Si verifica la glicolisi nel citoplasma e genera un po' di energia per la cellula. Il prossimo passo nella produzione di energia dipende dal tipo specifico di cellula e dall'ambiente istantaneo all'interno della cellula. Se i livelli di ossigeno sono bassi, le cellule eucariotiche possono ricorrere alla respirazione cellulare anaerobica, in particolare un processo chiamato fermentazione, che utilizza i prodotti della glicolisi per produrre un po' più di energia e lascia un composto chiamato lattico acido. Le cellule muscolari umane lo fanno quando la richiesta di energia dai muscoli supera la velocità con cui viene assorbito l'ossigeno. Quando sono presenti livelli sufficienti di ossigeno, gli esseri umani e altri organismi eucarioti sfruttano il maggiore quantità di energia che possono ottenere dall'utilizzo dei prodotti della glicolisi per completare la respirazione aerobica nel mitocondri.
Gli eucarioti che usano l'ossigeno per ottimizzare la loro produzione di energia non potrebbero sopravvivere se i loro mitocondri venissero portati via. Ma ci sono eucarioti che non hanno mitocondri, chiamati eucarioti amitocondriati. Poiché non hanno mitocondri per completare la respirazione aerobica, tutti gli eucarioti amitocondriati sono anaerobici. Il parassita intestinale Giardia lamblia, per esempio, è anaerobico e non ha mitocondri. Alcuni altri amitocondriati sono Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum e Entamoeba histolytica. C'è qualche domanda sull'origine di questi organismi: hanno perso i mitocondri? un tempo avevano, o sono discendenti dei primi eucarioti prima della fusione con mitocondri? Sono state proposte diverse relazioni filogenetiche tra amitocondriati e altri eucarioti, ma al momento non esiste un'unica spiegazione accettata.