Pembelahan sel eukariotik lebih kompleks, karena tiap sel memiliki banyak kromosom. Tidak hanya semua kromosom harus diduplikasi, namun mekanisme dibutuhkan untuk memastikan setiap sel anak mendapatkan set kromosom yang identik pada saat pembelahan sel. Proses kompleks disebut mitosis.

Ketika sebuah organisme bersel satu membelah, hasilnya adalah dua organisme baru, masing-masing terdiri dari satu sel. Walau begitu, pada organisme multiseluler, pembelahan sel tidak secara otomatis menghasilkan pembentukan organisme baru. Ketika sel-sel menyusun sebuah organisme multiseluler membelah, mereka meningkatkan ukuran dan/atau kerumitan organisme asli. Proses berbeda dibutuhkan untuk menghasilkan organisme baru. Karenanya, pada organisme bersel satu, pembelahan sel dan reproduksi terjadi serentak, sementara pada organisme multiseluler, pembelahan sel dan reproduksi adalah dua proses berbeda.

Pada banyak tanaman dan jamur, setumpuk sel dapat memecah atau spora bersel satu dapat dilepas dari organisme induk dan menghasilkan organisme multiseluler individual baru. Ini disebut reproduksi vegetatif atau aseksual karena individu baru ini secara genetik identik dengan orang tua mereka. Hal ini berbeda dengan reproduksi seksual, dimana tiap individu baru mendapatkan informasi genetik yang kurang lebih sama dari dua orang tua berbeda dan karenanya merupakan rakitan genetika yang baru.

Reproduksi seksual adalah karakteristik khusus hewan dan hanya terjadi pada sebagian besar tanaman tingkat tinggi dan banyak jenis jamur. Sebagian organisme, khususnya tanaman dan jamur memiliki kemampuan reproduksi secara seksual maupun aseksual. Walaupun mereka saling hubung pada manusia dan banyak jenis hewan, penting untuk menyadari kalau seks dan reproduksi adalah dua proses berbeda dari sudut pandang biologi.

Secara khusus, bakteri tidak bereproduksi secara seksual karena bakteri baru selalu merupakan hasil dari pembelahan satu sel induk. Walau begitu, pencampuran gen dari dua individu dapat terjadi pada bakteri. Hal ini terjadi tanpa pembelahan sel dan melibatkan transfer segmen DNA yang relatif pendek dari satu sel (donor) ke sel lain (resipien). Transfer DNA menyamping demikian, antara anggota generasi yang sama disebut transmisi gen horizontal. Bila generasinya berbeda, maka ia disebut transmisi gen vertikal. Transmisi vertikal mencakup semua jenis pembelahan sel dan reproduksi yang membuat salinan baru genom, baik secara seksual ataupun tidak.