内共生假说认为，线粒体来源于细菌。线粒体的祖先原线粒体是一种可进行三羧酸循环和电子传递的革兰氏阴性菌，被原始的前真核细胞吞噬后，没有被消化，留在细胞内。这种需氧细菌不仅能进行糖酵解，而且能利用氧气把糖酵解所产生的丙酮酸进一步氧化，并在此过程中释放大量能量。古老的前真核细胞是不需氧的，可借用细菌的氧化分解功能获得更多的能量。而细菌也可从前真核细胞处获得更多的营养。这样，它们之间形成了互利的共生关系，经过长期的演化，细菌对前真核细胞的依赖性增强，并逐渐丧失了自己固有的一部分基因，演变成为线粒体。