L'endosimbiosi è un'unione tra specie, in cui una di loro vive all'interno dell'altra. Alcuni organelli di cellule eucariotiche, come i cloroplasti e i mitocondri, che derivano dalla loro simbiosi originale con alcuni batteri. Nel processo di endosimbiosi, l' elemento simbiotico abita lo spazio intracellulare dell'ospite. Un esempio di questi esemplari sono: le zooxantelle, che sono una specie di alghe che popolano le cellule di alcuni coralli.
La teoria endosimbiotica afferma che una cellula eucariotica ha la capacità di attaccarsi ad un'altra, al fine di sostenere una convivenza in cui entrambi beneficiano, poiché l'ospite godrebbe del frutto rilasciato dall'endosimbionte. D'altra parte, questa teoria afferma anche che i primi organelli ad evolversi furono i mitocondri e quindi, attraverso l'endosimbiosi seriale, il corpuscolo eucariotico ancestrale ottiene un endosimbionta in grado di svolgere la fotosintesi, che in seguito svilupperebbe organelli cellulari eucariotici che sarebbero venuti per generare quelle che sono le prime alghe verdi.
Ci sono prove certe che affermano che mitocondri e plastidi nascono dal processo di endosimbiosi, uno di questi è la dimensione dei mitocondri, che è simile a quella di alcuni batteri. Sia i cloroplasti che i mitocondri sono composti da DNA circolare a doppia elica chiuso in modo covalente. Sono rivestiti da un doppio tessuto. I cloroplasti e i mitocondri sono divisi dalla fissione binaria, così come i procarioti. La sintesi proteica, sia nei mitocondri che nei cloroplasti, è indipendente.
