Mitocôndrias e peroxissomas são organelos que são os principais locais do uso de oxigénio em células eucarióticas. As mitocôndrias realizam respiração celular—o processo que converte energia de alimentos em ATP—a principal forma de energia usada pelas células. Os peroxissomas realizam uma variedade de funções, principalmente decompondo diferentes substâncias, como os ácidos gordos.

Os peroxissomas contêm até 50 enzimas e são rodeados por uma única membrana. Eles realizam reações oxidativas que quebram moléculas e produzem peróxido de hidrogénio (H₂O₂) como subproduto. H₂O₂ é tóxico para as células, mas o peroxissoma contém uma enzima—catalase—que converte H₂O₂ em água e oxigénio inofensivos. Além disso, a catalase usa H₂O₂ para decompor o álcool no fígado em aldeído e água. No entanto, uma vez que H₂O₂ é produzido em quantidades muito baixas no corpo, há outras enzimas que degradam principalmente o álcool.

Uma função crítica do peroxissoma é quebrar ácidos gordos em um processo chamado β oxidação. O produto resultante—acetil-CoA—é lançado no citosol e pode viajar para as mitocôndrias, onde é usado para produzir ATP. Nas células mamíferas, as mitocôndrias também realizam β oxidação, bem como o uso de produtos do catabolismo de outras fontes de energia, como a glicose, para produzir ATP.

As mitocôndrias são rodeadas por uma membrana dupla: uma membrana externa lisa, e uma membrana interna que tem muitas dobras chamadas cristas. Dentro da membrana interna há uma região chamada matriz. Durante a respiração celular, o piruvato da quebra da glicose no citoplasma viaja para a matriz, onde entra no ciclo do ácido cítrico. Em seguida, a fosforilação oxidativa através da cadeia de transporte de eletrões ocorre na membrana interna das mitocôndrias, resultando na produção de uma quantidade significativa de ATP. As cristas aumentam a área superficial da membrana interna, proporcionando mais regiões para a produção de ATP.

Tanto os peroxissomas como as mitocôndrias auto-replicam-se, mas as mitocôndrias também têm o seu DNA e ribossomas, permitindo-lhes produzir as suas proteínas. Mitocôndrias e peroxissomas são altamente concentrados em células onde são mais necessários. Por exemplo, as células hepáticas—que quebram substâncias tóxicas no sangue—têm um alto número de peroxissomas e células musculares—que têm grandes requisitos de energia—são ricas em mitocôndrias.