Limitarea primară a mărimii la care poate crește o singură celulă este un principiu matematic numit raportul suprafață la volum. Odată cu creșterea dimensiunii unui obiect tridimensional, volumul acestuia crește mai rapid decât suprafața sa, ceea ce provoacă probleme metabolice pentru celule. În plus, cantitatea de citoplasmă a nucleului poate conține și limitările structurale ale celulei le împiedică să fie și mai mari.
Celulele sunt unități metabolice discrete. Ei trebuie să poată lua resurse și să elimine deșeurile și energia. Singurul loc pe care o celulă îl poate face este de-a lungul membranei subțiri, asemănătoare pielii, care o înconjoară. Deoarece volumul celulei crește în mărime, trebuie să dobândească și să elimine mai multe substanțe; totuși, deoarece volumul crește mai repede decât suprafața, există o limită a cantității de difuzie care poate avea loc într-o celulă sau dintr-o celulă.
Nucleul unei celule este în esență o mică sferă într-o sferă mai mare. Deoarece nucleul trebuie să devină mai mare pentru a controla o celulă mai mare, nucleul este, de asemenea, susceptibil la problema raportului dintre suprafață și volum. Acest lucru limitează mărimea nucleului, care la rândul său limitează dimensiunea întregii celule.
În timp ce membrana exterioară a unei celule protejează bine celula la nivel microscopic, celulele mari ar necesita membrane foarte groase. Deoarece aceste membrane se îngroașă suficient pentru a menține celule mai mari, ele suferă de o permeabilitate scăzută.
