En una célula eucariota, por otro lado, encontramos estructuras más complejas y evolucionadas. En primer lugar, el material genético se encuentra delimitado por una membrana (envoltura nuclear) que lo aísla del citoplasma, en la estructura conocida como núcleo celular. Además, exteriormente a la membrana plasmática (y sólo en células vegetales) se encuentra una pared celular protectora.
En el citoplasma, además de ribosomas (que en estas células son de mayor tamaño a los que veíamos en las células procariotas) encontramos diversos orgánulos: mitocondrias (encargadas de producir energía por metabolismo aerobio), cloroplastos (encargados de realizar la fotosíntesis, presentes sólo en vegetales y algas verdes fotosintéticas), retículo endoplasmático (sintetizador de componentes de membrana, proteínas y lípidos), aparato de Golgi (que modifica y empaqueta proteínas y lípidos), lisosomas (encargados de la digestión intracelular mediante enzimas), vesículas y vacuolas (almacenes de agua, desechos y nutrientes), y centriolos (productores de los microtúbulos proteicos de cilios, flagelos y el huso mitótico, una estructura usada para la división celular)