ככל שהחיים על כדור הארץ התחילו לעבור אבולוציה והופכים מורכבים יותר, פשוטים יותר סוג התא שנקרא פרוקריוט עבר כמה שינויים לאורך תקופה ארוכה כדי להפוך לתאים אוקריוטיים. האוקריוטות מורכבות יותר ויש בהן הרבה יותר חלקים מאשר פרוקריוטות. זה לקח כמה מוטציות ושורד ברירה טבעית כדי שהאוקריוטות יתפתחו ויהיו נפוצים.
מדענים מאמינים כי המסע מפרוקריוטות לאוקריוטות היה תוצאה של שינויים קטנים במבנה ובתפקוד לאורך תקופות זמן ארוכות מאוד. ישנה התקדמות הגיונית של שינוי בתאים אלה להיות מורכבים יותר. לאחר שהתאים האוקריוטים התרחשו, הם יכלו להתחיל ליצור מושבות ובסופו של דבר אורגניזמים רב-תאיים עם תאים מיוחדים.
לרוב האורגניזמים החד-תאיים יש קיר תא סביב ממברנות הפלזמה שלהם כדי להגן עליהם מפני סכנות סביבתיות. פרוקריוטות רבות, כמו סוגים מסוימים של חיידקים, מכוסות גם בשכבת מגן אחרת המאפשרת להן גם להיצמד למשטחים. מרבית המאובנים הפרוקריוטיים מהגדה טווח זמן פרה-קברי הם בסילי, או בצורת מוט, עם קיר תא חזק מאוד המקיף את הפרוקריוט.
בעוד שחלק מהתאים האוקריוטים, כמו תאים מהצומח, עדיין בעלי דפנות תאים, רבים אינם עושים זאת. משמעות הדבר היא כי זמן מה במהלך ההיסטוריה האבולוציונית של
פרוקריוט, קירות התא היו צריכים להיעלם או לפחות להתגמש. גבול חיצוני גמיש בתא מאפשר לו להתרחב יותר. האוקריוטות גדולות בהרבה מהתאים הפרוקריוטים הפרימיטיביים יותר.גבולות תאים גמישים יכולים גם להתכופף ולקפל כדי ליצור שטח פנים רב יותר. תא עם שטח פנים גדול יותר יעיל יותר להחליף חומרים מזינים ופסולת עם סביבתו. זה גם יתרון להכנסת או הסרת חלקיקים גדולים במיוחד באמצעות אנדוציטוזיס או אקסוציטוזיס.
חלבונים מבניים בתא אוקריוטי נפגשים יחד כדי ליצור מערכת המכונה ציטוס שלד. בעוד שהמונח "שלד" בדרך כלל מעלה על הדעת משהו שיוצר צורה של אובייקט, לציטוס השלד תפקידים רבים אחרים חשובים בתוך תא אוקריוטי. לא רק שהמיקרו-פילמנטים, המיקרו-צינורות והסיבים הביניים עוזרים לשמור על צורת התא, הם משמשים בהרחבה באוקריוטיות. מיטוזהתנועה של חומרים מזינים וחלבונים ועיגון אברונים במקום.
בזמן המיטוזה, מיקרו-צינורות יוצרים את הציר שמושך את ה כרומוזומים בנפרד ומחלק אותם באופן שווה לשני תאי הבת הנובעים לאחר התפצלות התא. חלק זה של ציטוס השלד נצמד לכרומטידים האחות במרכז הצנטרום ומפריד ביניהם באופן שווה כך שכל תא שנוצר הוא העתק מדויק ומכיל את כל הגנים הדרושים לו כדי לשרוד.
מיקרו-פילמנטים גם מסייעים למיקרו-צינורות בהזזת חומרים מזינים ופסולת, כמו גם חלבונים חדשים שנעשו לאחרונה, לחלקים שונים של התא. סיבי הביניים שומרים על איברונים וחלקי תאים אחרים על ידי עיגונם במקום בו הם צריכים להיות. שלד הציטוס יכול גם ליצור דגלים כדי להזיז את התא.
למרות שהאוקריוטות הם הסוגים היחידים של תאים שיש להם שלדי ציטוס, לתאים הפרוקריוטיים יש חלבונים שהם קרובים מאוד למבנה לאלה המשמשים ליצירת שלד הציטוס. ההערכה היא כי צורות פרימיטיביות יותר אלה של החלבונים עברו מספר מוטציות שגרמו להן לקבץ יחדיו ויוצרים את החלקים השונים של ציטוס שלד.
הזיהוי הנפוץ ביותר של תא אוקריוטי הוא נוכחות גרעין. התפקיד העיקרי של הגרעין הוא לאכלס את DNA, או מידע גנטי, על התא. בפרוקריוט הדנ"א נמצא רק בציטופלזמה, לרוב בצורה טבעתית יחידה. לאיקריוטות יש DNA בתוך מעטפה גרעינית המאורגנת לכמה כרומוזומים.
לאחר שהתא התפתח גבול חיצוני גמיש שיכול להתכופף ולהתקפל, מאמינים כי טבעת ה- DNA של הפרוקריוט נמצאה בסמוך לגבול זה. כשהוא התכופף והתקפל, הוא הקיף את ה- DNA וצבט לכדי להיות מעטפה גרעינית המקיפה את הגרעין בו הגן כעת ה- DNA.
עם הזמן התפתח ה- DNA בצורת הטבעת למבנה פצע חזק שאנו מכנים כרומוזום. זה היה אדפטציה חיובית ולכן ה- DNA אינו סבוך או מפוצל באופן לא אחיד במהלך מיטוזה או מיוזה. הכרומוזומים יכולים להירגע או להיגמר, תלוי באיזה שלב של מחזור התא הוא נמצא.
כעת, לאחר שהגרעין הופיע, התפתחו מערכות ממברנות פנימיות אחרות כמו הרטיקול האנדופלמזי ומנגנון גולגי. ריבוזומים, שהיה רק מהמגוון הצף חופשי בפרוקריוטים, עיגנו את עצמם כעת לחלקים מהתכנית האנדופלסמית כדי לסייע בהרכבה ותנועה של חלבונים.
עם תא גדול יותר מגיע הצורך בעוד חומרים מזינים וייצור של יותר חלבונים באמצעות שעתוק ותרגום. יחד עם השינויים החיוביים הללו באה הבעיה של יותר פסולת בתא. ההתמדה בדרישה להיפטר מהפסולת הייתה השלב הבא בהתפתחות התא האוקריוטי המודרני.
גבול התא הגמיש יצר כעת כל מיני קפלים ויכול היה לצבוט לפי הצורך ליצירת חלל ריקות להכנסת חלקיקים לתא ומחוצה לו. זה גם יצר משהו כמו תא אחיזה למוצרים ובזבוז שהתא מייצר. עם הזמן, חלק מהוואווולים הללו הצליחו להחזיק אנזים עיכול שיכול להרוס ריבוזומים ישנים או פגועים, חלבונים לא נכונים או סוגים אחרים של פסולת.
מרבית חלקי התא האוקריוטי נעשו בתוך תא פרוקריוטי בודד ולא נדרשו אינטראקציה של תאים בודדים אחרים. עם זאת, לאוקריוטים יש כמה אברונים מתמחים מאוד שנחשבו בעבר להיות תאים פרוקריוטים משלהם. לתאים אוקריוטיים פרימיטיביים הייתה היכולת לגלוש דברים באמצעות אנדוציטוזיס, וכמה מהדברים שהם עשויים להסתתר נראה כמו פרוקריוטים קטנים יותר.
ידוע כ תיאוריה אנדוסימביוטית, לין מרגוליס הציע כי המיטוכונדריה, או החלק של התא שעושה אנרגיה שמישה, היה פעם פרוקריוט שנקלט, אך לא מתעכל, על ידי האוקריוט הפרימיטיבי. בנוסף לייצור אנרגיה, מיטוכונדריה ראשונה ככל הנראה עזרו לתא לשרוד את הצורה החדשה יותר של האטמוספירה שכללה כעת חמצן.
כמה אאוקריוטים יכולים לעבור פוטוסינתזה. לאיקריוטות אלה יש אברון מיוחד הנקרא כלורופלסט. ישנן עדויות לכך שהכלורופלסט היה פרוקריוט שדומה לאצות כחולות-ירוקות שנבלעו כמו המיטוכונדריה. ברגע שזה היה חלק מהאוקריוטה, האוקריוטה יכלה כעת לייצר אוכל משלה באמצעות אור שמש.