Biologai suskirsto visą gyvybę Žemėje į tris sritis: bakterijas, archėjas ir eukarijas. Bakterijos ir archėjos susideda iš atskirų ląstelių, neturinčių branduolio ir neturinčių vidinių membranų surištų organelių. Eukarya yra visi organizmai, kurių ląstelėse yra branduolys ir kiti vidinės membranos surišti organeliai. Eukariotai taip pat žinomi dėl specializuoto organelio, vadinamo mitochondrijomis. Mitochondrijos yra toks dažnas daugumos eukariotų bruožas, kad daugelis žmonių nepaiso tų kelių eukariotų, kuriems trūksta mitochondrijų.
Vieną eukariotinę ląstelę sudaro gelio pavidalo vandeninė citoplazma, kurioje rutulinė branduolio membrana laiko DNR, o su membrana susietos sekcijos skiria kitas ląstelės darbo sritis. Beveik visuose eukariotuose yra organelė, vadinama mitochondrija. Mitochondrijose yra sava DNR ir jos naudoja savo baltymų sintezės mechanizmus - visiškai nepriklausomus nuo likusios ląstelės mechanizmų. Priimta nuomonė, kad prieš daugelį šimtų milijonų metų bakterija įsiveržė į archajus. Santykiai virto simbiotiniais. Dabar bakterijos yra žinomos kaip mitochondrijos, o jų derinys virto daugeliu žinomų eukariotų organizmų.
Mitochondrijos yra pagrindinės energijos generavimo vietos daugumoje eukariotų ląstelių. Jie labai svarbūs procesui, vadinamam aerobiniu ląstelių kvėpavimu. Ląstelių kvėpavimas yra procesas, kurio metu ląstelės suskaldo organines molekules ir kaupia išgaunamą energiją molekulėse, vadinamose adenozino trifosfatu arba ATP. Tai galima padaryti be deguonies, tokiu atveju tai vadinama anaerobiniu kvėpavimu. Bet jei deguonies yra, dauguma eukariotų ląstelių ir kai kurios prokariotinės ląstelės gali generuoti daug daugiau ATP molekulių, naudodamos aerobinį ląstelių kvėpavimą. Eukariotuose šis procesas vyksta mitochondrijose. Aerobiniuose prokariotuose šis procesas vyksta ties ląstelės membrana.
Daugelis eukariotų ląstelių didžiąją energijos dalį gauna iš gliukozės. Pirmasis žingsnis yra padalinti gliukozę į dvi lygias dalis. Tas žingsnis vadinamas glikolize. Vyksta glikolizė citoplazmoje ir tai generuoja šiek tiek energijos ląstelei. Kitas energijos gamybos etapas priklauso nuo konkretaus ląstelės tipo ir momentinės aplinkos ląstelės viduje. Jei deguonies lygis yra žemas, eukariotinės ląstelės gali vėl patekti į anaerobinį ląstelinį kvėpavimą - būtent procesą vadinama fermentacija, kuri naudoja glikolizės produktus, kad pagamintų šiek tiek daugiau energijos, ir palieka junginį, vadinamą pieno rūgštis. Žmogaus raumenų ląstelės tai daro, kai energijos poreikis iš raumenų viršija deguonies įsisavinimo greitį. Kai deguonies kiekis yra pakankamas, žmonės ir kiti eukariotiniai organizmai naudojasi didesniuoju energijos kiekis, kurį jie gali gauti naudodami glikolizės produktus aerobiniam kvėpavimui užbaigti mitochondrijos.
Eukariotai, kurie naudoja deguonį energijos gamybai optimizuoti, negalėtų išgyventi, jei jų mitochondrijos būtų atimtos. Bet yra eukariotų, neturinčių mitochondrijų, vadinamų amitochondriniais eukariotais. Kadangi jie neturi mitochondrijų visiškam aerobiniam kvėpavimui, visi amitochondriniai eukariotai yra anaerobiniai. Pavyzdžiui, žarnyno parazitas Giardia lamblia yra anaerobinis ir neturi mitochondrijų. Kai kurie kiti amitochondriatai yra Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum ir Entamoeba histolytica. Kyla klausimas dėl šių organizmų kilmės: ar jie prarado mitochondrijas, kuriuos jie prarado kadaise turėjo ar yra ankstyviausių eukariotų palikuonys prieš susiliejimą su mitochondrijos? Siūlomi skirtingi filogenetiniai santykiai tarp amitochondriatų ir kitų eukariotų, tačiau šiuo metu nėra vieno patvirtinto paaiškinimo.
