Живі істоти еволюціонували в три великі групи тісно пов’язаних організмів, які називаються «
”: Археї, бактерії та еукаріоти. Археї та бактерії — це невеликі, відносно прості клітини, оточені мембраною та клітинною стінкою з
ланцюг ДНК, що містить їхні гени. Їх називають прокаріотами.
Мітохондрії та хлоропласти ймовірно, еволюціонували з поглинених прокаріотів, які колись жили як незалежні організми. У якийсь момент еукаріотична клітина поглинула аеробний прокаріот, який потім утворив ендосимбіотичні стосунки з еукаріотом-господарем, поступово розвиваючись у мітохондрію.
Відомі перші копалини прокаріотичних (бактеріальних) клітин 3,5 і 3,4 млрд років тому. Ці бактерії були фотосинтезуючими (хоча й не виробляли кисень), тож цілком імовірно, що простіші нефотосинтезуючі бактерії розвинулися до цього (Schopf, 1987; Beukes, 2004).
Ендосимбіотична теорія стверджує, що деякі органели еукаріотичних клітин колись були прокаріотичними мікробами. Мітохондрії та хлоропласти мають такий самий розмір, як і прокаріотичні клітини, і діляться шляхом подвійного поділу.Мітохондрії та хлоропласти мають власну ДНК, яка є кільцевою, а не лінійною.
Мітохондрія і хлоропласт є органелами, які колись були вільноживучими клітинами. Це були прокаріоти, які опинилися всередині інших клітин (клітин-господарів). Можливо, вони приєдналися до іншої клітини, будучи з’їденими (цей процес називається фагоцитозом), або вони були паразитами цієї клітини-господаря.
Існують переконливі докази того, що мітохондрії та хлоропласти колись були примітивними бактеріальними клітинами. Ці докази описані в ендосимбіотичній теорії.