Biologen verdelen al het leven op aarde in drie domeinen: bacteriën, archaea en eukarya. Bacteriën en archaea bestaan beide uit afzonderlijke cellen die geen kern en geen interne membraangebonden organellen hebben. Eukarya zijn alle organismen waarvan de cellen een kern en andere interne membraangebonden organellen bevatten. Eukaryoten staan er ook om bekend dat ze een gespecialiseerd organel hebben, de mitochondriën. Mitochondriën zijn zo'n algemeen kenmerk van de meeste eukaryoten dat veel mensen die paar eukaryoten die mitochondriën missen over het hoofd zien.
Een enkele eukaryote cel bestaat uit een gelachtig waterig cytoplasma waarin een bolvormig kernmembraan het DNA vasthoudt, en membraangebonden compartimenten scheiden andere werkgebieden van de cel. Bijna alle eukaryoten bevatten een organel dat het mitochondrion wordt genoemd. Mitochondriën bevatten hun eigen DNA en gebruiken hun eigen eiwitsynthesemachinerie -- volledig onafhankelijk van de machinerie van de rest van de cel. De algemeen aanvaarde opvatting is dat een bacterie vele honderden miljoenen jaren geleden een archaïsch gebied is binnengedrongen. De relatie evolueerde naar een symbiotische. De bacteriën zijn nu bekend als mitochondriën en de combinatie evolueerde tot de meeste bekende eukaryote organismen.
Mitochondriën zijn de primaire energieopwekkende plaatsen in de meeste eukaryote cellen. Ze zijn van cruciaal belang voor een proces dat aërobe cellulaire ademhaling wordt genoemd. Cellulaire ademhaling is een proces waarbij cellen organische moleculen opsplitsen en de energie die ze extraheren opslaan in moleculen die adenosinetrifosfaat of ATP worden genoemd. Dit kan zonder zuurstof, in welk geval het anaërobe ademhaling wordt genoemd. Maar als zuurstof aanwezig is, kunnen de meeste eukaryote cellen en sommige prokaryotische cellen veel meer ATP-moleculen genereren met behulp van het proces van aerobe cellulaire ademhaling. Bij eukaryoten vindt dit proces plaats in de mitochondriën. Bij aerobe prokaryoten vindt dit proces plaats op het celmembraan.
Veel eukaryote cellen halen het grootste deel van hun energie uit glucose. De eerste stap is om glucose in twee gelijke delen te splitsen. Die stap heet glycolyse. Er treedt glycolyse op in het cytoplasma en het genereert een klein beetje energie voor de cel. De volgende stap in de energieproductie hangt af van het specifieke type cel en de momentane omgeving in de cel. Als het zuurstofgehalte laag is, kunnen eukaryote cellen terugvallen op anaërobe cellulaire ademhaling - in het bijzonder een proces fermentatie genoemd, die de producten van glycolyse gebruikt om wat meer energie te produceren en een verbinding achterlaat die melkzuur wordt genoemd zuur. Menselijke spiercellen doen dit wanneer de vraag naar energie van spieren groter is dan de snelheid waarmee zuurstof wordt opgenomen. Wanneer er voldoende zuurstof aanwezig is, profiteren mensen en andere eukaryote organismen van de grotere hoeveelheid energie die ze kunnen krijgen door de producten van glycolyse te gebruiken om de aerobe ademhaling in de mitochondriën.
Eukaryoten die zuurstof gebruiken om hun energieproductie te optimaliseren, zouden niet kunnen overleven als hun mitochondriën zouden worden weggenomen. Maar er zijn eukaryoten die geen mitochondriën hebben, genaamd amitochondriate eukaryoten. Omdat ze geen mitochondriën hebben om de aerobe ademhaling te voltooien, zijn alle amitochondriale eukaryoten anaëroob. Darmparasiet Giardia lamblia is bijvoorbeeld anaëroob en heeft geen mitochondriën. Enkele andere amitochondriaten zijn Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum en Entamoeba histolytica. Er is enige twijfel over de oorsprong van deze organismen: hebben ze de mitochondriën verloren die ze hebben? ooit hadden, of zijn ze afstammelingen van de vroegste eukaryoten van vóór de fusie met? mitochondriën? Er zijn verschillende fylogenetische relaties tussen amitochondriaten en andere eukaryoten voorgesteld, maar er is op dit moment geen enkele geaccepteerde verklaring.