A principal limitação do tamanho até o qual uma única célula pode crescer é um princípio matemático denominado razão superfície /volume. Conforme o tamanho de um objeto tridimensional aumenta, seu volume aumenta mais rapidamente do que sua superfície, o que causa problemas metabólicos para as células. Além disso, a quantidade de citoplasma que o núcleo pode conter e as limitações estruturais da célula impedem que também sejam maiores.
As células são unidades metabólicas discretas. Eles devem ser capazes de absorver recursos e eliminar resíduos e energia. O único lugar em que uma célula pode fazer isso é ao longo da fina membrana semelhante a uma pele que a envolve. À medida que o volume da célula aumenta de tamanho, ela deve adquirir e expelir mais substâncias; no entanto, como o volume cresce mais rapidamente do que a área de superfície, há um limite para a quantidade de difusão que pode ocorrer dentro ou fora de uma célula.
O núcleo de uma célula é essencialmente uma pequena esfera dentro de uma esfera maior. Como o núcleo deve se tornar maior para controlar uma célula maior, o núcleo também é suscetível ao problema da razão entre superfície e volume. Isso limita o tamanho do núcleo, que por sua vez, limita o tamanho da célula inteira.
Enquanto a membrana externa de uma célula protege bem a célula em um nível microscópico, células grandes exigiriam membranas excepcionalmente grossas. À medida que essas membranas se espessam o suficiente para conter células maiores, elas sofrem com a diminuição da permeabilidade.
