Mitokondri ve kloroplastın endosimbiyotik kökeni, ökaryot hücrelerin, prokaryot atalardan evrimleştiğini açıklayan Endosimbiyotik Teori ile açıklanır. Teoriye göre: 1. İlk endosimbiyotik olay: Ata ökaryot hücre, daha sonra mitokondriye dönüşecek olan aerobik bir bakteriyi yuttu. 2. İkinci endosimbiyotik olay: Ata ökaryot, kloroplasta dönüşecek olan fotosentetik bir bakteriyi yapısına kattı. Bu teori, mitokondri ve kloroplastın şu özellikleriyle desteklenir: DNA ve ribozom: Mitokondri ve kloroplast, kendi dairesel DNA'larına ve 70S tipi ribozomlarına sahiptir. Boyut: Mitokondri ve kloroplastın boyutları, bakterilerle benzerdir. Çift zar: Mitokondri ve kloroplast, iki veya daha fazla zarla çevrilidir ve en içteki katman, prokaryotik hücre zarına benzer. Genom benzerliği: Mitokondri ve kloroplast DNA'sı, bakteri DNA'sı ile benzerlikler gösterir.