Прокариотске ћелије постоје на Земљи већ око 3,5 милијардe година и бар за првих 1-1,5 милијарде година су биле једини облик живота на планети. Од еукариотских ћелија разликују се, пре свега, по величини – десетак до стотинак пута су мањих димензија и стога много мање запремине. Немају органела ни једра, а само изузетно имају унутрашње мембранске одељке.

Упркос врло једноставној грађи и малој разноврсности облика, еволуцијом прокариотских организама настала је огромна разноврсност живих бића. Све данас постојеће прокариоте сврставамо, према сродности, у две велике групе тј. домена – бактерије (Bacteria) и архее (Archaea).

Прокариотски организми одликују се неслућеном разноврсношћу према начинима на које различите групе обављају основне животне функције (исхрана, односно облици метаболизма). Далеко је већа сличност метаболичких путева међу ћелијама човека, квасца, парамецијума, па и бактерије ешерихије, него међу неким групама бактерија. Другим речима, еволуција еукариота дала је много већу разноврсност и сложеност грађе (ћелијске и вишећелијске), док су прокариоти постали „мајстори” биохемије, способни да супстанцу и енергију добију на најразличитије начине, из исто тако различитих извора. У прилог томе говори и чињеница да два најважнија метаболичка процеса на Земљи данас, фотосинтезу и аеробно дисање, и у еукариотским ћелијама обављају органеле које су настале од прокариотских ћелија – хлоропласти и митохондрије.

Ћелија прокариота окружена је мембраном. Код неких група је важно да укупна површина мембране буде увећана и она ствара наборе ка унутра (уврате). Такав је случај код цијанобактерија, где се ти уврати зову тилакоиди и укључени су у претварање светлосне у хемијску енергију (садрже хлорофил).

Са спољне стране мембране, прокариотска ћелија има врло чврст зид. Осим што штити ћелију од спољних утицаја, зид је веома важан јер спречава осмотско бубрење и пуцање у хипотоничној средини.

Код бактерија, зид је грађен од дугих полимера измењених моносахарида. Они су попреко умрежени ковалентно везаним олигопептидима. Тако је цео зид, практично, један џиновски молекул, који зовемо пептидогликан. Неке бактерије, које означавамо као Грам-негативне, имају још једну фосфолипидну мембрану, са спољне стране зида. За разлику од плазма-мембране, она је пропустљива за већину молекула. Код тзв. грам-позитивних бактерија, зид чини само дебљи слој пептидогликана, без додатне мембране преко њега.

Неке прокариотске ћелије имају и капсулу. То је додатни желатинозни спољашњи омотач, састављен углавном од полисахарида и протеина. Омогућава ћелији да се боље прилепи за подлогу на којој живи (било да се храни неживом органском материјом или је паразит), успорава исушивање, а код паразитских бактерија отежава активност одбрамбених ћелија домаћина. У цитоплазми прокариотске ћелије су ензими метаболизма, а неке бактерије у ободним зонама, ближе мембрани, имају чак и потпорне протеине, налик ћелијском скелету еукариота. По целој цитоплазми, распоређени су бројни рибозоми, који обављају транслацију.

Код неких прокариотских ћелија јављају се посебне структуре на површини ћелије – бичеви, помоћу којих се крећу. Протеинске су грађе, а основа бича је усађена у посебну протеинску структуру у мембрани. Слично ротору електро-мотора, та основа се покреће укруг.

Неки прокариоти имају и друге кончасте протеинске структуре на површини, као што су пили. Неки од њих служе привлачењу ћелија пред размену наследног материјала, док се другима причвршћују за подлогу.

У средишту ћелије налази се молекул ДНК, кога зовемо и бактеријским хромозомом. Иако од остатка цитоплазме није одвојен мембранским омотачем, као што је случај код наследног материјала еукариота, тај део ћелије има улогу једра, па се зове нуклеоид. Молекул ДНК је прстенастог облика. По правилу, постоји само по један хромозом, па су сви гени присутни у само једној копији. Поред главног молекула ДНК, у прокариотским ћелијама може бити присутан један или више плазмида. То су мали, такође кружни молекули ДНК у којима су гени који ћелији нису неопходни за основне животне функције, али јој могу бити од користи у неким специфичним условима. На пример, плазмиди често носе гене који омогућују отпорност на неки антибиотик.

Разлике у процесима репликације, транскрипције и транслације између прокариота и еукариота су суштински веома мале. Генетички код је исти, а изузетно се разликују аминокиселине код једног или два кодона. То, с једне стране, поткрепљује теорију о заједничком пореклу свих живих вића, а с друге, има велики значај у проучавању живог света, али и у биотехнологији.

У повољним условима, прокариотска ћелија врло брзо расте и, кад достигне одређену величину, репликује своју ДНК, после чега се дели. Деоба је проста и обично је називамо фисиона или бинарна деоба. Пошто су везани за мембрану, упоредо с растом ћелије, два новонастала молекула ДНК се удаље у наспрамне делове ћелије, након чега се и цитоплазма сужењем подели на два приближно једнака дела. Паралелно са изградњом нове мембране и деобом, две ћелије изграђују и свака свој недостајући део зида.

Када услови средине постају неповољни (нпр. мањак хране), неке прокариотске ћелије могу да стварају ендоспоре. Ћелија се подели унутар зида, након чега једна новонастала ћелија увуче („прогута”) у себе другу. Ендоспора има ДНК, дебели заштитни омотач (зид) и довољан број рибозома. У тако успаваном стању, неке од њих могу да преживе чак хиљадама година. Отпорне су на исушивање и дејство других фактора, као што су УВ зрачење и хемикалије које би иначе убиле активну ћелију. По наступању повољних услова, ендоспора се активира и трансформише у функционалну ћелију.

Главни извор генетичке разноврсности код прокариота су свакако насумичне грешке при репликацији ДНК. Рекомбинацијом код прокариота, делови ДНК (гени) из једне ћелије могу доспети у другу и уградити се у њен хромозом тј. постати део њеног наследног материјала. Када се дешава између различитих врста, означава се као хоризонтални пренос гена.

Способност брзог раста и учесталих деоба, уз високу генетичку променљивост захваљујући мутацијама и рекомбинацијама, чини прокариоте врхунским „мајсторима” адаптације. Висока стопа раста и деоба, уз велику генетичку променљивост, представљају јединствену „животну стратегију” прокариота. Променљивошћу настаје велики број ћелија које нису прилагођене датим условима и не преживљавају, али се ти губици надокнађују брзим размножавањем оних чије се нове наследне особине покажу као „добитне”.

Код прокариота се јављају сви типови исхране, у смислу извора енергије и облика угљеника које користе. Штавише, у оквиру тих главних типова исхране, постоји велика разноврсност у укупном метаболизму. Није ретка појава да се еволуција прокариота одвија управо „пред нашим очима”. Тако имамо бројне документоване примере, када су неке врсте, у присуству органских материја које нису уобичајене у природи, еволуирале у облике који могу да их користе као храну.

Захваљујући метаболичкој разноврсности, прокариоти одувек имају изузетно важне и разноврсне улоге у екосистему. У неким од тих улога су незаменљиви. Фото- и хемоаутотрофи, на пример пурпурне бактерије, су произвођачи. Хемохетеротрофи могу бити разлагачи (нпр. Nitrosomonas у кружењу азота), паразити (Helicobacter pylori, изазивач чира на желуцу), али и мутуалисти као што је бактерија ешерихија у нашем цреву.