La limitación principal del tamaño al que puede crecer una sola celda es un principio matemático denominado relación superficie /volumen. A medida que aumenta el tamaño de un objeto tridimensional, su volumen aumenta más rápidamente Lo que hace su superficie, lo que provoca problemas metabólicos para las células. Además, la cantidad de citoplasma que puede contener el núcleo y las limitaciones estructurales de la célula también impiden que sean más grandes.
Las células son unidades metabólicas discretas. Deben ser capaces de tomar recursos y expulsar residuos y energía. El único lugar donde una célula puede hacer esto es a lo largo de la membrana delgada, similar a la piel que lo rodea. A medida que el volumen de la célula aumenta de tamaño, debe adquirir y expulsar más sustancias; sin embargo, debido a que el volumen crece más rápidamente que el área de la superficie, existe un límite para la cantidad de difusión que puede tener lugar dentro o fuera de una celda.
El núcleo de una célula es esencialmente una pequeña esfera dentro de una esfera más grande. Debido a que el núcleo debe hacerse más grande para controlar una célula más grande, el núcleo también es susceptible al problema de la relación superficie-volumen. Esto limita el tamaño del núcleo, que a su vez, limita el tamaño de toda la célula.
Mientras que la membrana externa de una célula protege bien la célula a nivel microscópico, las células grandes requieren membranas excepcionalmente gruesas. Como estas membranas se espesan lo suficiente como para contener células más grandes, sufren una disminución de la permeabilidad.
