Біологи поділяють все живе на Землі на три області: бактерії, археї та еукарію. Бактерії та археї складаються з поодиноких клітин, які не мають ядра та внутрішніх мембранних органел. Еукарія - це всі організми, клітини яких містять ядро та інші внутрішні мембранні органели. Еукаріоти також відомі тим, що мають спеціалізовану органелу, яка називається мітохондріями. Мітохондрії - така загальна риса більшості еукаріотів, що багато людей не помічають тих небагатьох еукаріотів, у яких відсутні мітохондрії.
Поодинока еукаріотична клітина складається з гелеподібної водної цитоплазми, в якій куляста ядерна мембрана утримує ДНК, а мембранно зв’язані відділи відокремлюють інші робочі зони клітини. Майже всі еукаріоти містять органелу, яка називається мітохондрією. Мітохондрії містять власну ДНК і використовують власні механізми синтезу білка - повністю незалежні від механізмів решти клітини. Загальноприйнята точка зору полягає в тому, що бактерія вторглася в археї багато сотень мільйонів років тому. Відносини переросли в симбіотичні. Зараз бактерії відомі як мітохондрії, і ця комбінація еволюціонувала до більшості відомих еукаріотичних організмів.
Мітохондрії є основними місцями генерування енергії в більшості еукаріотичних клітин. Вони мають вирішальне значення для процесу, який називається аеробним клітинним диханням. Клітинне дихання - це процес, при якому клітини розщеплюють органічні молекули і зберігають енергію, яку вони видобувають, у молекулах, званих аденозинтрифосфатом або АТФ. Це можна зробити без кисню, і в цьому випадку це називається анаеробним диханням. Але якщо присутній кисень, більшість еукаріотичних клітин та деякі прокаріотичні клітини можуть генерувати набагато більше молекул АТФ, використовуючи процес аеробного клітинного дихання. У еукаріотів цей процес відбувається в мітохондріях. У аеробних прокаріотів цей процес відбувається на клітинній мембрані.
Багато клітин еукаріотів отримують основну частину енергії з глюкози. Першим кроком є розщеплення глюкози на дві рівні частини. Цей етап називається гліколізом. Відбувається гліколіз в цитоплазмі, і це генерує трохи енергії для клітини. Наступний крок у виробництві енергії залежить від конкретного типу клітини та миттєвого середовища всередині клітини. Якщо рівень кисню низький, клітини еукаріотів можуть повернутися до анаеробного клітинного дихання - зокрема, це процес називається ферментацією, яка використовує продукти гліколізу, щоб виробляти трохи більше енергії, і залишає сполуку, звану молочною кислота. М’язові клітини людини роблять це, коли потреба в енергії з м’язів перевищує швидкість надходження кисню. Коли присутній достатній рівень кисню, люди та інші еукаріотичні організми використовують переваги більшого кількість енергії, яку вони можуть отримати від використання продуктів гліколізу для повного аеробного дихання в мітохондрії.
Еукаріоти, які використовують кисень для оптимізації виробництва енергії, не змогли б вижити, якби у них забрали мітохондрії. Але є еукаріоти, які не мають мітохондрій, які називаються амітохондріальними еукаріотів. Оскільки у них немає мітохондрій для завершення аеробного дихання, усі амітохондріальні еукаріоти є анаеробними. Кишковий паразит Giardia lamblia, наприклад, є анаеробним і не має мітохондрій. Деякі інші амітохондріати - це Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum та Entamoeba histolytica. Існує певне питання щодо походження цих організмів: чи не втратили вони мітохондрії колись мали або вони є нащадками найдавніших еукаріотів ще до злиття з мітохондрії? Запропоновано різні філогенетичні взаємозв'язки між амітохондріатами та іншими еукаріотами, але на даний момент єдиного прийнятого пояснення немає.