細胞核是真核細胞的主要結構，也因此有許多關于演化起源的推測。有四種主要理論可解釋細胞核的存在，而這些理論皆尚未受到廣泛支持。

　　“共營模型”（syntrophic model）認為，古菌與細菌的共生，導致了含細胞核的真核細胞誕生。類似于現代產甲烷古菌的某些古代古菌，侵入并生活在類似于現代粘細菌的細菌體內，形成了早期的細胞核。此理論類似于原始真核生物與好氧細菌的內共生關系，也就是解釋粒線體與葉綠體起源的理論。古菌與真核生物在特定蛋白質，如組織蛋白基因的相似性，支持了以古菌為基礎的細胞核起源理論。觀察顯示黏細菌可自行運動，并形成多細胞復合體，也擁有與真核生物相似的激酶與G蛋白，此現象支持了真核細胞起源于細菌的說法。

　　第二種模型認為，原始的真核細胞是在未發生內共生的狀況下，自細菌演化而來。此理論的基礎在于現代浮霉細菌擁有包含原始核孔與其他分隔模構造的核狀結構。另一項類似說法指出，一種稱為慢性細胞（chronocyte）的類真核細胞，首先演化成型，并將古菌與細菌吞噬到體內，使細胞核與真核細胞形成。

　　還有一項較具爭議性的模型，稱為“病毒性真核生物起源”（viral eukaryogenesis），此模型認為病毒感染了原核生物，導致膜結合細胞核與其他真核生物特征的成型。這種理論的基礎在于真核生物與病毒間的某些相似性，如線性DNA、mRNA的加帽作用，以及蛋白質的緊密結合（病毒的外套膜相當于真核生物的組織蛋白）。理論的其中一個版本認為，吞噬作用形成了早期的細胞“掠食者”，并因此演化出細胞核。也有理論認為真核生物起源于受到痘病毒感染的古菌；因為觀察顯示，現代痘病毒與真核生物的DNA聚合酶具相似性。此外，病毒性真核生物起源假說，也可與部分性別相關演化問題有關。

　　一項近期研究顯示，傳統上類似于內共生學說的觀點，不足以有效地解釋真核生物細胞核的起源。新模型稱作“外膜假說”（exomembrane hypothesis），認為細胞核是起源自演化出第二層外細胞膜的早期細胞；其靠近內部的膜轉變成為細胞核膜，并逐漸演化出復雜的核孔結構，以幫助如核糖體單元等內部核成的物質送出核外。