Foi proposta em 1981 pela bióloga norte americana da Universidade de Massachusetts, Lynn Margullis, para explicar a origem evolutiva das mitocôndrias e dos cloroplastos nas células eucarióticas.
De acordo com essa teoria, a presença das mitocôndrias e dos cloroplastos nas células eucarióticas se deve a uma associação simbiótica estabelecida a cerca de 2,5 bilhões de anos entre as primeiras células eucarióticas e células procarióticas.
Segundo essa teoria, as mitocôndrias atuais teriam sido, um dia, bactérias aeróbias que foram englobadas pela célula eucariótica maior e passou a viver isolada dentro dessa célula sem ser digerida. A partir disso, as duas células passaram a conviver em simbiose. A célula menor (mitocôndria) receberia proteção dentro da célula maior e receberia alimento, enquanto a célula maior teria uma grande disponibilidade de energia.
Posteriormente, uma linhagem de células eucarióticas que já conviviam com as mitocôndrias, receberia uma nova inquilina: uma bactéria fotossintetizante, que deu origem aos cloroplastos. Este fazendo fotossíntese, passou a fornecer o alimento que a mitocôndria necessitaria para produzir energia, dando origem a todas as algas e plantas atuais.