Биолози сав живот на Земљи деле на три домена: бактерије, археје и еукарије. И бактерије и археје састоје се од појединачних ћелија које немају језгро и унутрашње органеле везане за мембрану. Еукарија су сви организми чије ћелије садрже језгро и друге унутрашње мембране везане органеле. Еукариоти су такође познати по томе што имају специјализовану органелу која се назива митохондрији. Митохондрији су толико честа карактеристика већине еукариота да многи људи превиде оних неколико еукариота којима недостаје митохондрија.
Појединачна еукариотска ћелија састоји се од геласте водене цитоплазме у којој глобуларна нуклеарна мембрана држи ДНК, а одељци везани за мембрану одвајају друга радна подручја ћелије. Готово сви еукариоти садрже органелу која се назива митохондрион. Митохондрије садрже сопствену ДНК и користе сопствене машине за синтезу протеина - потпуно неовисне од машина остатка ћелије. Прихваћено мишљење је да је бактерија напала архејце пре много стотина милиона година. Веза је еволуирала у симбиотску. Бактерије су сада познате као митохондрији, а комбинација је еволуирала у већину познатих еукариотских организама.
Митохондрији су примарна места за производњу енергије у већини еукариотских ћелија. Они су критични за процес који се назива аеробно целуларно дисање. Ћелијско дисање је процес у којем ћелије раздвајају органске молекуле и енергију коју извлаче складиште у молекулима који се називају аденозин трифосфат или АТП. То се може учинити без кисеоника, што се у том случају назива анаеробно дисање. Али ако је присутан кисеоник, већина еукариотских ћелија и неке прокариотске ћелије могу генерисати много више молекула АТП користећи процес аеробног ћелијског дисања. У еукариота се овај процес одвија унутар митохондрија. Код аеробних прокариота, овај процес се одвија на ћелијској мембрани.
Многе еукариотске ћелије главнину своје енергије добијају из глукозе. Први корак је подела глукозе на два једнака дела. Тај корак се назива гликолиза. Јавља се гликолиза у цитоплазми и она генерише мало енергије за ћелију. Следећи корак у производњи енергије зависи од специфичног типа ћелије и тренутног окружења унутар ћелије. Ако је ниво кисеоника низак, еукариотске ћелије могу да се врате на анаеробно ћелијско дисање - конкретно, процес под називом ферментација, која користи производе гликолизе да би произвела мало више енергије и оставља једињење звано млечна киселина. Људске мишићне ћелије то раде када потреба за енергијом из мишића надмаши брзину уноса кисеоника. Када су присутни довољни нивои кисеоника, људи и други еукариотски организми користе веће Количина енергије коју могу добити коришћењем производа гликолизе за комплетно аеробно дисање у митохондрије.
Еукариоти који користе кисеоник за оптимизацију производње енергије не би могли да преживе ако им се одузму митохондрији. Али постоје еукариоти који немају митохондрије, звани амитохондријатни еукариоти. Будући да немају митохондрије који би завршили аеробно дисање, сви амитохондријатни еукариоти су анаеробни. На пример, цревни паразит Гиардиа ламблиа је анаеробан и нема митохондрије. Неки други амитохондријати су Глугеа плецоглосси, Трицхомонас тенак, Цриптоспоридиум парвум и Ентамоеба хистолитица. Постоји неко питање у вези са пореклом ових организама: да ли су изгубили митохондрије које су некада имали, или су потомци најранијих еукариота од пре фузије са митохондрије? Предложени су различити филогенетски односи између амитохондријата и других еукариота, али тренутно нема јединственог прихваћеног објашњења.