Les organismes unicellulaires se répartissent en plusieurs catégories, notamment les bactéries, les archaea, les protistes et certains champignons. Les bactéries et archaea sont des procaryotes, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas de noyau cellulaire. En revanche, les protistes et certains champignons sont des eucaryotes, possédant un noyau entouré d'une membrane. Ces organismes peuvent vivre de façon autonome et accomplir toutes les fonctions vitales liées à la survie, telles que la reproduction, la nutrition et l'échange de substances avec leur environnement.

Les organismes unicellulaires habitent presque tous les environnements possibles sur Terre, des eaux profondes aux sols arides, en passant par les environnements extrêmes comme les sources hydrothermales. Certains sont autotrophes et utilisent la photosynthèse pour produire leur énergie, comme les algues unicellulaires. D'autres sont hétérotrophes et se nourrissent de matières organiques présentes dans leur environnement.

Dans un organisme unicellulaire, toutes les fonctions vitales sont exécutées par la cellule elle-même. Cette cellule est capable de croître, de reproduire par division cellulaire (comme la mitose ou la fission binaire), de répondre aux stimuli environnementaux, de métaboliser et de se régler via des mécanismes internes. Les bactéries utilisent des structures comme les flagelles pour le mouvement, tandis que d'autres peuvent former des spores en cas de conditions défavorables.

Les organismes unicellulaires jouent un rôle crucial dans les écosystèmes en participant au cycle des nutriments et à la chaîne alimentaire. Ils sont également d'une importance médicale significative: certaines bactéries causent des maladies, tandis que d'autres, comme celles présentes dans le microbiote humain, sont bénéfiques pour la digestion et la protection contre les agents pathogènes. En biotechnologie, des unicellulaires sont utilisés pour la production d'antibiotiques, d'enzymes et d'autres produits utiles.