Buraya kadar anlatılanlardan anlaşılacağı üzere hücrenin evrimi organik evrimin göreli olarak ileri bir aşamasıdır. Biyotik çorbanın zengin bileşenleri tükendiğinde, suda çözülebilen organik maddeleri atmosferden alabilmek için bir evrim geçirmek şart oldu. Basit ama daha verimsiz bir metabolizma biçimi olan fermantasyonun ardından bir sonraki adım olarak fotosentez geldi. Özel klorofil molekülü evrimleşti. Bu molekül, canlı organizmanın, organik molekül sentezi için güneş enerjisini yakalamasını mümkün kıldı. İlk fotosentezciler, gittikçe azalan doğal enerji bakımından zengin molekülleri elde etmek için girişilen yarıştan kendilerini sıyırdılar ve kendilerini ilk üreticiler olarak inşa ettiler. Fotosentez işlemi bir kez başarıldığında yaşamın geleceği garanti altına alınmış oldu. Fotosentez ortaya çıkar çıkmaz ve yeterince oksijen üretilir üretilmez, oksijenli solunum mümkün hale geldi. Doğal seleksiyon kanunuyla uyum içerisinde, fotosentez bir kez başladığında ardından gelen tüm canlılar üzerinde kendi izlerini bırakmış ve kuşkusuz o kadar başarılı olmuştur ki, kendinden önceki tüm yaşam formlarını silip süpürmüştür. Bu gelişme nitel bir sıçramayı temsil eder. Daha karmaşık biçimlere dönük sonraki evrim, en sonunda yaşamın yeni bir dalına, yani çekirdekli hücrelere yol açan uzun bir süreçtir. Ökaryot ağacının tepesinde, bitkiler, hayvanlar ve mantarlar eşzamanlı olarak ortaya çıkarlar. Amerikalı moleküler biyolog Mitchell Sogin’e göre oksijen miktarı evrimin hızını etkilemiştir. Eski kayaların kimyasal bileşimi, atmosferik oksijenin, uzun istikrar dönemleriyle ayrılmış göreli farklı adımlar şeklinde arttığını akla getirir. Bazı biyologlar, yaşamın patlak verişinin, belirli bir seviyeye ulaşan oksijen tarafından tetiklenmiş olabileceğine inanırlar.

Çekirdekli hücre –ökaryotlar– oksijene tamamen uyum sağlamış ve çok az bir değişim göstermiştir. Bu devrimci yeni yaşam formunun ortaya çıkışı gelişmiş eşeyli üremeyi mümkün kılmış ve bu üreme biçimi de evrimin hızını arttırmıştır. Prokaryotlar, bakteriler ve mavi-yeşil alglerden (bunlar fotosentez sayesinde oksijen üretirler) oluşan iki grup organizmayı içerirken, ökaryotlar bütün yeşil bitkileri, bütün hayvanları ve mantarları içerirler. Eşeyli üreme bir başka nitel sıçramayı temsil eder. Genetik malzemenin çekirdek içinde paketlenmiş olmasını gerektirir. Eşeyli üreme iki hücreden gelen genlerin karışmasına izin verir, bu da varyasyon şansını oldukça arttırır. Üremede ökaryot hücrelerin kromozomları yeni hücreler oluşturmak üzere kaynaşırlar. Doğal seleksiyon, gen havuzundaki uygun genetik varyantları muhafaza etmeye hizmet eder. Yaşamın kilit özelliklerinden biri de üremedir. Bütün hayvan ve bitki hücreleri aynı temel iç yapıya sahiptirler. Üreme ve ebeveynlere ait özelliklerin aktarılması (kalıtım), eşey hücrelerinin yani yumurta ve spermin birleşmesi sayesinde gerçekleşir. Yaşam formlarının özelliklerinin bir nesilden diğerine aktarılmasını sağlayan genetik malzeme olan DNA, tüm hücrelerin çekirdeğinde yer alır. Sitoplazmadan* oluşan hücre yapısı da, organel olarak adlandırılan birçok minyatür organlar içerir. Organellerin iç yapısı farklı bakteri tipleriyle özdeştir, ki bu da bitki ve hayvan hücrelerinin bileşiminin, bir zamanlar bağımsız olan bu kendi DNA’larına sahip organların işbirliği yapan bir bütün oluşturmak üzere bir araya gelmelerinin bir sonucu olduğuna işaret eder gibidir. 1970’lerde mikrotübüller keşfedildi. Bunlar vücuttaki bütün hücreleri tıpkı bir yapı iskelesi gibi dolduran protein çubuklarıdırlar. Bu iç “iskelet”, hücreye şekil verir ve protein ile plazma ürünlerinin dolaşımında rol oynar.

Ökaryot veya çekirdekli hücrenin ortaya çıkışı 1,5 milyar yıl önce biyolojik bir devrim yaratmıştır. Eşeysiz tomurcuklanma ve bölünmeden eşeyli üreme çıktı. Böylesi bir ilerleme, iki bireyin kalıtım malzemesinin karışımını sağladı, böylece artık yavrular ebeveynlerden farklı olacaktı. Bu durum çeşitliliği doğurdu, artık bu çeşitlilik üzerinde doğal seleksiyon işleyebilirdi. Her hayvan ve bitki hücresinde DNA, çekirdek içindeki kromozom çiftleri olarak düzenlenir. Bu kromozomlar bireysel özellikleri belirleyen genleri taşırlar. Oluşan yavru, ebeveynlerin özelliklerini kendinde birleştirirken aslında yine de onlardan farklılık gösterir. Eşeyli üremenin kökeni, öyle görünüyor ki birbirini yutan ilkel organizmalarla bağlantılıdır. İki bireyin genetik malzemesi iki kromozom takımına sahip bir organizma üreterek kaynaşıyordu. Ardından daha büyük olan organizma doğru miktardaki kromozoma sahip iki parçaya bölünür. Tek ve çift kromozomlar bir dönem vardı, fakat zamanla çift kromozoma sahip olma durumu tüm bitki ve hayvanların normal varoluş tarzı haline geldi. Bu da çok hücreli organizmaların evriminin temelini oluşturdu.

Yaklaşık 700-680 milyon yıl önce ilk metazoa ortaya çıktı. Bunlar büyümeleri için oksijene ihtiyaç duyan karmaşık çok hücreli organizmalardı. O dönemde atmosferdeki oksijen miktarı sürekli artmış ve 140 milyon yıl önce bugünkü seviyesine ulaşmıştı. Evrimde işleyen süreçler bariz biçimde, uzun tedrici nicel değişim dönemlerinin ani patlamalarla kesintiye uğradığı diyalektik bir karaktere sahiptir: 570 milyon yıl önce böylesi bir dönemden geçilmişti.