Los organismos procariotas son, evidentemente, más primitivos que los eucariotas. Según los datos de que se dispone se remontan a 3.500 millones de años e incluso algunos fósiles del Precámbrico con unos 4.000 años de antigüedad se atribuyen a bacterias.

Fisiológicamente no son inferiores a los eucariotas, sino mucho más variados y por ese motivo se han perpetuado hasta la actualidad. Se encuentran adaptados a diversos ambientes, incluso completamente libres de oxígeno; también se dan casos de organismos autótrofos, los quimiosintetizadores, que han desarrollado mecanismos distintos de la fotosíntesis para su desarrollo. Esta variabilidad metabólica les permite sobrevivir en ambientes insólitos para otros organismos (hielo, fuentes termales, ambientes anaerobios,…). Además, la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico se halla limitada a los seres procariotas, de ahí su importancia ecológica.

En estos organismos la reproducción asexual es la única posible, y la multiplicación de sus células no se lleva a cabo por mitosis, sino por un proceso mucho más simple. Los únicos fenómenos en los que se produce intercambio parcial de material genético se engloban bajo la denominación de parasexualidad (conjugación, transducción y transformación).

Hay que indicar que está prácticamente aceptado que el origen de plastos y
mitocondrias de las células eucariotas probablemente hay que buscarlo en una relación simbionte con organismos procariotas. Se trataba, probablemente de pequeñas células que encontraban refugio en el interior de grandes células heterotróficas. Las primitivas mitocondrias probablemente se asemejaban a las bacterias y tenían capacidad para obtener energía a partir de su entorno. Los plastos se parecen mucho a cierto tipo de procariotas fotosintetizadores.

Posee una membrana plasmática con invaginaciones denominadas mesosomas. Externamente se encuentra recubierta por una pared celular de grosor variable. Aunque se encuentra fuera de los límites de la propia célula es una parte indispensable para su vida. Las substancias químicas que constituyen dicha pared varían entre los distintos procariotas. Rodeando a la pared puede presentarse una vaina o cápsula de espesor variable, constituida en su mayor parte de polisacáridos complejos.

El protoplasma de una célula procariota está repartido en dos regiones de distinta morfología y función. En procariotas no existe una envuelta que separe el material genético del resto del citoplasma.

El ADN consiste en una o dos moléculas anulares dispuestas irregularmente hacia la parte central de la célula; a esta zona se le llama nucleoide, centroplasma o equivalente nuclear. El ADN no aparece ligado a proteínas histónicas, como ocurre en eucariotas, y no puede considerarse un verdadero cromosoma. El citoplasma que rodea al nucleoide es, generalmente, muy denso debido a la presencia de ribosomas, distintos a los presentes en eucariotas (con un coeficiente de sedimentación de 70 S).

De entre 12 y 18 micras de longitud y unas 2,5 micras de anchura, recuerdan por su forma a bacterias, pero es posible que se trate de cianobacterias. El interior de cada uno de estos organismos muestra en su interior entre tres y ocho gránulos muy refringentes. Desconocemos de qué forma de vida se trata. La fotografia se ha tomado con 400 aumentos empleando la técnica de contraste de interferencia. (Proyecto Agua en Flickr)

Las invaginaciones de la membrana plasmática se aprecian en el citoplasma periférico; los mesosomas pueden ser simples o agruparse formando varias capas superpuestas. Estos repliegues sirven como estructuras de asiento de los sistemas enzimáticos de la célula. Cuando la función de estos sistemas esfundamentalmente respiratoria, se les suele denominar condroides; cuando los repliegues llevan asociados pigmentos fotosintéticos (como ocurre en cianobacterias y otros procariotas fotosintetizadores) se les llama cromatóforos, tilacoides de membrana o lamelas fotosintetizadoras

En el citoplasma de las células procariotas no se observan estructuras que recuerden a los orgánulos celulares; sólo aparecen inclusiones citoplasmáticas de distinta naturaleza química, sin envuelta membranosa.

Algunas células procariotas son móviles gracias a la presencia de una especie de flagelo. El flagelo de los procariotas está constituido por un gran número de subunidades de un único tipo de proteína: la flagelina, formando hileras y enrolladas en hélice