Biologii împart toată viața de pe Pământ în trei domenii: bacterii, archaea și eukarya. Bacteriile și archaea sunt formate din celule unice care nu au nucleu și nici organite interne legate de membrană. Eukarya sunt toate organismele ale căror celule conțin un nucleu și alte organite interne legate de membrană. Eucariotele sunt, de asemenea, cunoscute pentru că au un organet specializat numit mitocondrii. Mitocondriile sunt o caracteristică atât de comună a majorității eucariotelor încât mulți oameni trec cu vederea acelor puține eucariote cărora le lipsește mitocondriile.
O singură celulă eucariotă constă dintr-o citoplasmă apoasă de tip gel în care o membrană nucleară globulară ține ADN-ul, iar compartimentele legate de membrană separă alte zone de lucru ale celulei. Aproape toate eucariotele conțin un organet numit mitocondrie. Mitocondriile conțin ADN propriu și își folosesc propriile mașini de sinteză a proteinelor - complet independente de mașinile restului celulei. Opinia acceptată este că o bacterie a invadat un arheean în urmă cu multe sute de milioane de ani. Relația a evoluat într-una simbiotică. Bacteriile sunt acum cunoscute sub denumirea de mitocondrii, iar combinația a evoluat în majoritatea organismelor eucariote cunoscute.
Mitocondriile sunt principalele situri generatoare de energie în majoritatea celulelor eucariote. Sunt critici pentru un proces numit respirație celulară aerobă. Respirația celulară este un proces în care celulele împart moleculele organice și stochează energia pe care o extrag în molecule numite adenozin trifosfat sau ATP. Acest lucru se poate face fără oxigen, caz în care se numește respirație anaerobă. Dar dacă este prezent oxigen, majoritatea celulelor eucariote și unele celule procariote pot genera mult mai multe molecule de ATP folosind procesul de respirație celulară aerobă. În eucariote, acest proces are loc în mitocondrie. În procariotele aerobe, acest proces are loc la nivelul membranei celulare.
Multe celule eucariote își obțin cea mai mare parte a energiei din glucoză. Primul pas este împărțirea glucozei în două părți egale. Acest pas se numește glicoliză. Se produce glicoliza în citoplasmă și generează un pic de energie pentru celulă. Următorul pas în producția de energie depinde de tipul specific de celulă și de mediul instantaneu din interiorul celulei. Dacă nivelurile de oxigen sunt scăzute, celulele eucariote pot să cadă pe respirația celulară anaerobă - în mod specific, un proces numită fermentație, care folosește produsele glicolizei pentru a produce ceva mai multă energie și lasă un compus numit lactic acid. Celulele musculare umane fac acest lucru atunci când cererea de energie din mușchi depășește viteza cu care este preluat oxigenul. Când sunt prezente niveluri suficiente de oxigen, oamenii și alte organisme eucariote profită de cele mai mari cantitatea de energie pe care o pot obține din utilizarea produselor glicolizei pentru a completa respirația aerobă în mitocondrii.
Eucariotele care folosesc oxigenul pentru a-și optimiza producția de energie nu ar putea supraviețui dacă li se vor lua mitocondriile. Dar există eucariote care nu au mitocondrii, numite eucariote amitocondriale. Deoarece nu au mitocondrii pentru a completa respirația aerobă, toate eucariotele amitocondriale sunt anaerobe. Parazitul intestinal Giardia lamblia, de exemplu, este anaerob și nu are mitocondrii. Unii alți amitocondriați sunt Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum și Entamoeba histolytica. Există o întrebare referitoare la originea acestor organisme: au pierdut mitocondriile pe care le-au pierdut au avut odată sau sunt descendenți ai primelor eucariote dinaintea fuziunii cu mitocondrii? Au fost propuse relații filogenetice diferite între amitocondriați și alte eucariote, dar nu există o singură explicație acceptată în acest moment.