該學說認為，線粒體起源於被另壹個細胞吞噬的線粒體祖先——原線粒體——壹種能進行三羧酸循環和電子傳遞的革蘭氏陰性菌。原線粒體被吞噬後，並沒有被消化，而是與宿主細胞形成了***生關系——寄主可以從宿主處獲得更多營養，而宿主則可使用寄主產生的能量——這種關系增強了細胞的競爭力，使其可以適應更多的生存環境。
在長期對寄主和宿主都有利的互利***生中，原線粒體逐漸演變形成了線粒體，使宿主細胞中進行的糖酵解和原線粒體中進行的三羧酸循環和氧化磷酸化成功耦合。有研究認為，這種***生關系大約發生在17億年以前，與進化趨異產生真核生物和古細菌的時期幾乎相同。
該學說的依據主要有：
真核細胞的細胞核中存在可能屬於呼吸細菌或藍細菌的遺傳信息，說明最初的呼吸細菌和藍細菌的大部分基因組在漫長的***進化過程中發生了向細胞核的轉移。
線粒體擁有自己DNA，其形狀與細菌的環狀DNA類似，無組蛋白結合；線粒體具有自身的DNA聚合酶及RNA聚合酶，能進行獨立的復制與轉錄；其mRNA、rRNA的沈降系數與細菌的相似。
線粒體具備獨立、完整的蛋白質合成系統。與真核細胞的蛋白質合成系統相比，線粒體蛋白質合成的多數特征與細菌蛋白質合成系統更相似。
線粒體分裂方式與細菌相似。線粒體及葉綠體均以縊裂的方式分裂增殖，類似於細菌。
線粒體的外膜與真核細胞內膜相似，內膜與細菌質膜相似；線粒體內膜的蛋白質/脂質的比例遠大於外膜，與細菌相似。
類似來源的還有葉綠體。