Biolodzy dzielą całe życie na Ziemi na trzy domeny: bakterie, archeony i eukaria. Bakterie i archeony składają się z pojedynczych komórek, które nie mają jądra ani wewnętrznych organelli związanych z błoną. Eukarya to wszystkie organizmy, których komórki zawierają jądro i inne wewnętrzne organelle związane z błoną. Eukarionty znane są również z posiadania wyspecjalizowanych organelli zwanych mitochondriami. Mitochondria są tak powszechną cechą większości eukariontów, że wiele osób pomija te nieliczne eukarionty, którym brakuje mitochondriów.
Pojedyncza komórka eukariotyczna składa się z żelopodobnej wodnej cytoplazmy, w której kulista błona jądrowa zawiera DNA, a przedziały związane z błoną oddzielają inne obszary robocze komórki. Prawie wszystkie eukarionty zawierają organelle zwane mitochondrium. Mitochondria zawierają własne DNA i wykorzystują własną maszynerię syntezy białek – całkowicie niezależną od maszynerii reszty komórki. Przyjęto pogląd, że bakteria zaatakowała archeana wiele setek milionów lat temu. Związek przekształcił się w symbiotyczny. Bakterie są obecnie znane jako mitochondria, a kombinacja wyewoluowała w większość znanych organizmów eukariotycznych.
Mitochondria są głównymi miejscami wytwarzania energii w większości komórek eukariotycznych. Mają kluczowe znaczenie dla procesu zwanego tlenowym oddychaniem komórkowym. Oddychanie komórkowe to proces, w którym komórki dzielą cząsteczki organiczne i przechowują energię, którą wyodrębniają w cząsteczkach zwanych trifosforanem adenozyny lub ATP. Można to zrobić bez tlenu, co nazywa się oddychaniem beztlenowym. Ale jeśli tlen jest obecny, większość komórek eukariotycznych i niektóre komórki prokariotyczne mogą generować znacznie więcej cząsteczek ATP za pomocą procesu tlenowego oddychania komórkowego. U eukariontów proces ten zachodzi w mitochondriach. W tlenowych prokariotach proces ten zachodzi w błonie komórkowej.
Wiele komórek eukariotycznych czerpie większość energii z glukozy. Pierwszym krokiem jest podzielenie glukozy na dwie równe części. Ten etap nazywa się glikolizą. Występuje glikoliza w cytoplazmie i generuje trochę energii dla komórki. Następny krok w produkcji energii zależy od konkretnego typu komórki i chwilowego środowiska wewnątrz komórki. Jeśli poziom tlenu jest niski, komórki eukariotyczne mogą powrócić do beztlenowego oddychania komórkowego - w szczególności procesu zwana fermentacją, która wykorzystuje produkty glikolizy do wytworzenia nieco większej ilości energii i pozostawia związek zwany kwasem mlekowym kwas. Ludzkie komórki mięśniowe robią to, gdy zapotrzebowanie na energię z mięśni przekracza tempo, z jakim pobierany jest tlen. Gdy obecny jest wystarczający poziom tlenu, ludzie i inne organizmy eukariotyczne korzystają z większego ilość energii, jaką mogą uzyskać z wykorzystania produktów glikolizy do pełnego oddychania tlenowego w mitochondria.
Eukarionty, które wykorzystują tlen do optymalizacji produkcji energii, nie przetrwałyby, gdyby odebrano im mitochondria. Ale są eukarionty, które nie mają mitochondriów, zwane eukariotami amitochondriów. Ponieważ nie mają mitochondriów, które mogłyby ukończyć oddychanie tlenowe, wszystkie eukariota amitochondrialne są beztlenowe. Na przykład pasożyt jelitowy Giardia lamblia jest beztlenowy i nie ma mitochondriów. Niektóre inne amitochondria to Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum i Entamoeba histolytica. Pojawia się pytanie dotyczące pochodzenia tych organizmów: czy utraciły mitochondria, które mają? kiedyś mieli lub są potomkami najwcześniejszych eukariontów sprzed fuzji z mitochondria? Zaproponowano różne relacje filogenetyczne między amitochondriami a innymi eukariontami, ale obecnie nie ma jednego akceptowanego wyjaśnienia.
