Endosymbioza to związek między gatunkami, w którym jeden z nich żyje w drugim. Niektóre organelle komórek eukariotycznych, takie jak chloroplasty i mitochondria, które pochodzą z ich pierwotnej symbiozy z niektórymi bakteriami. W procesie endosymbiozy element symbiotyczny zasiedla przestrzeń wewnątrzkomórkową żywiciela. Przykładem takich okazów są: zooxanthellae, czyli gatunek alg zasiedlających komórki niektórych koralowców.
Teoria endosymbiotyczna stwierdza, że komórka eukariotyczna ma zdolność przyczepiania się do innej, aby utrzymać koegzystencję, w której obie strony są korzystne, ponieważ gospodarz cieszyłby się owocem uwolnionym przez endosymbiont. Z drugiej strony teoria ta potwierdza również, że pierwszymi organellami, które wyewoluowały, były mitochondria, a następnie, poprzez seryjną endosymbiozę, ciałko eukariotyczne przodków uzyskuje endosymbiont zdolny do przeprowadzania fotosyntezy, z którego później powstały eukariotyczne organelle komórkowe aby wygenerować pierwsze zielone algi.
Istnieją pewne dowody na to, że mitochondria i plastydy rodzą się z procesu endosymbiozy, jednym z nich jest rozmiar mitochondriów, który jest podobny do rozmiaru niektórych bakterii. Zarówno chloroplasty, jak i mitochondria składają się z kowalencyjnie zamkniętego kolistego dwuniciowego DNA. Pokryte są podwójną tkaniną. Chloroplasty i mitochondria są podzielone przez binarne rozszczepienie, podobnie jak prokarioty. Synteza białek, zarówno w mitochondriach, jak i chloroplastach, jest niezależna.
