In particolare, ha proposto la teoria endosimbiotica , che afferma che:
* Mitocondri originato da batteri aerobici che sono stati inghiottiti da cellule procariotiche più grandi.
* cloroplasti originato da batteri fotosintetici che sono stati inghiottiti da cellule procariotiche più grandi.
Questa teoria suggerisce che queste cellule procariotiche inghiottite non sono state digerite dalla cellula ospite ma piuttosto hanno vissuto al loro interno e alla fine hanno formato una relazione simbiotica, evolvendosi negli organelli che conosciamo oggi.
La teoria di Margulis è stata ampiamente accettata e supportata da una grande quantità di prove, rivoluzionando la nostra comprensione dell'evoluzione delle cellule eucariotiche.