Како је живот на Земљи почео да пролази еволуција и постају сложенији, једноставнији врста ћелије назван прокариот претрпео је неколико промена током дугог временског периода да би постале еукариотске ћелије. Еукариоти су сложенији и имају много више делова од прокариота. Требало је неколико мутације и преживели природна селекција да еукариоти еволуирају и постану превладавају.
Научници верују да је пут од прокариота до еукариота био резултат малих промена у структури и функцији током дугог временског периода. Постоји логичан напредак промене да ове ћелије постану сложеније. Једном када су еукариотске ћелије постојале, тада би могле да почну да формирају колоније и на крају вишећелијске организме са специјализованим ћелијама.
Већина једноћелијских организама има ћелијску стијенку око својих плазма мембрана како би их заштитила од опасности по животну средину. Многи прокариоти, попут одређених врста бактерија, такође су капсулирани другим заштитним слојем који им такође омогућава да се лепе на површине. Већина прокариотских фосила из
Предкамбријски временски распон су бацили или шипкастог облика са врло жилавом станичном стијенком која окружује прокариот.Док неке еукариотске ћелије, попут биљних ћелија, још увек имају ћелијске зидове, многе од њих немају. То значи да је неко време током еволуционе историје прокариоте, ћелијски зидови потребни да нестану или бар постану флексибилнији. Флексибилна спољна граница на ћелији омогућава јој да се више шири. Еукариоти су много већи од примитивних прокариотских ћелија.
Флексибилне границе ћелија се такође могу савијати и савијати да би се створила већа површина. Ћелија са већом површином ефикаснија је у размени хранљивих материја и отпада са околином. Такође је корисно уношење или уклањање посебно великих честица помоћу ендоцитозе или егзоцитозе.
Структурни протеини унутар еукариотске ћелије заједно се стварају као систем цитоскелета. Док појам "костур" генерално има на уму нешто што ствара облик предмета, цитоскелет има многе друге важне функције унутар еукариотске ћелије. Микрофиламенти, микротубуле и међупредна влакна помажу не само у одржавању облика ћелије, већ се и еукариотски користе митоза, кретање хранљивих материја и протеина и учвршћивање органела на месту.
Током митозе микротубуле формирају вретено које вуче тачку хромозоми раздваја их и расподељује их подједнако на две ћелије кћери које настају након што се ћелија раздели. Овај део цитоскелета причвршћује се на сестринске хроматиде у центромеру и равномерно их одваја тако да свака резултирајућа ћелија буде тачна копија и садржи све гене који су јој потребни да би преживели.
Микрофиламенти такође помажу микротубуле у кретању хранљивих материја и отпадака, као и тек направљених протеина у различитим деловима ћелије. Интермедијска влакна одржавају органеле и остале ћелијске делове на месту усидравајући их тамо где требају. Цитоскелет такође може формирати флагеле да би се кретале ћелије.
Иако су еукариоти једине врсте ћелија које имају цитоскелете, прокариотске ћелије имају протеине који су по структури веома блиски онима који се користе за стварање цитоскелета. Верује се да су ови примитивнији протеини прошли кроз неколико мутација због којих су се они удружили и формирали различите делове цитоскелета.
Присутност језгра је најчешће коришћена идентификација еукариотске ћелије. Главни посао језгре је смештање ДНКили генетске информације о ћелији. У прокариоту се ДНК налази управо у цитоплазми, обично у облику једног прстена. Еукариоти имају ДНК унутар нуклеарне овојнице која је организована у неколико хромозома.
Након што је ћелија еволуирала флексибилну спољну границу која се могла савијати и савијати, верује се да је ДНК прстен прокариота пронађен близу те границе. Савијајући се и савијајући се, опколио је ДНК и откачио се како би постао нуклеарна овојница која окружује језгро где је ДНК сада заштићена.
Временом је ДНК у облику прстена еволуирала у чврсто рањену структуру коју данас називамо хромозом. Била је то повољна адаптација, тако да се ДНК не запетљава или неравномерно дели током митозе или мејозе. Хромосоми се могу одмотати или намотати у зависности од тога у којој је фази ћелијског циклуса.
Сада када се језгро појавило, развијали су се и други системи унутрашњих мембрана попут ендоплазматског ретикулума и Голгијевог апарата. Рибозоми, која је у прокариоту била само слободно плутајућа, сада су се усидрили на деловима ендоплазматског ретикулума како би помогли у састављању и кретању протеина.
Са већом ћелијом долази до потребе за више храњивих састојака и производњом више протеина транскрипцијом и преводом. Упоредо са овим позитивним променама долази и до проблема са више отпада у ћелији. Наставити са захтевом за уклањањем отпада био је следећи корак у развоју модерне еукариотске ћелије.
Флексибилна ћелијска граница сада је створила све врсте набора и могла би се одлепити по потреби да створи вакуоле за уношење честица у ћелију и ван ње. Такође је направила нешто попут држања ћелије за производе и отпада коју је ћелија производила. Временом, неке од ових вакуола успеле су да задрже пробавни ензим који би могао уништити старе или повређене рибосоме, нетачне протеине или друге врсте отпада.
Већина делова еукариотске ћелије направљена је у оквиру једне прокариотске ћелије и није захтевала интеракција других појединачних ћелија. Међутим, еукариоти имају неколико веома специјализованих органела за које се мислило да су некада биле сопствене прокариотске ћелије. Примитивне еукариотске ћелије имале су способност да захватају ствари ендоцитозом, а неке од ствари које су можда прогутале изгледају као мањи прокариоти.
Познат и као Ендосимбиотска теорија, Линн Маргулис предложио је да митохондрија, или део ћелије који ствара употребљиву енергију, некада представља прокариот који примитивни еукариот буде захваћен, али није разграђен. Поред стварања енергије, први митохондрији су вероватно помогли ћелији да преживи новији облик атмосфере који је сада укључивао кисеоник.
Неки еукариоти могу бити подвргнути фотосинтези. Ови еукариоти имају посебну органелу која се назива хлоропласт. Постоје докази да је хлоропласт био прокариот који је био сличан плавозеленој алги која је била захваћена слично митохондријама. Једном када је био део еукариота, еукариот је сада могао да производи сопствену храну користећи сунчеву светлост.