Gli organismi costituiti da cellule eucariotiche possono essere unicellulari e pluricellulari: i protisti sono eucarioti unicellulari (▶figura 4), mentre i funghi, i vegetali e gli animali sono pluricellulari.

Negli eucarioti la divisione cellulare ha come scopo la produzione di cellule che contengano sempre lo stesso patrimonio genetico. Come nei procarioti, tale processo implica la produzione di segnali riproduttivi, la duplicazione del DNA, la segregazione e la citodieresi. I dettagli sono però alquanto diversi, per svariate ragioni:

1. Mentre i procarioti in genere hanno un solo cromosoma circolare, gli eucarioti di solito ne hanno molti (gli esseri umani, per esempio, ne possiedono 46); pertanto, i processi di duplicazione e di segregazione, sebbene siano fondamentalmente uguali a quelli dei procarioti, risultano più complicati. I cromosomi delle cellule eucariotiche, inoltre, sono costituiti ciascuno da una singola molecola di DNA.
2. Le cellule eucariotiche possiedono un nucleo ben definito, che si deve dividere in due nuovi nuclei, ciascuno provvisto di una serie completa di cromosomi. Perciò negli eucarioti la ripartizione del materiale genetico è un evento separato dalla citodieresi, e può avvenire soltanto dopo che il nucleo si è interamente duplicato.
3. A differenza dei procarioti, le cellule eucariotiche non si dividono in continuazione; anzi, una volta che si sono specializzate, si dividono raramente. In un organismo pluricellulare, infatti, i segnali per la divisione cellulare non sono in relazione con l’ambiente di una singola cellula ma con i bisogni dell’intero organismo.