El cuerpo humano se compone de unos 30 billones de células —sin contar los microbios— que presentan volúmenes muy dispares: desde los 30 µm³ de un espermatozoide hasta los cuatro millones de µm³ de un ovocito, la célula más grande del organismo. Aunque la evolución ajusta cada tamaño a la función concreta, la física impone dos límites determinantes. El primero es la relación entre superficie y volumen: en una esfera, el volumen crece con el cubo del radio y la superficie con el cuadrado, de modo que, al aumentar el tamaño, la membrana no da abasto para nutrir la célula ni para expulsar desechos, y el metabolismo se ralentiza. El segundo es la difusión: casi todas las reacciones intracelulares dependen de encuentros al azar entre moléculas, cuya probabilidad disminuye cuanto mayor es el volumen. En el citoplasma, muy congestionado, una proteína puede tardar 0,01 segundos en atravesar una bacteria de un micrómetro, unos cuatro minutos en recorrer un milímetro y más de seis horas en salvar un centímetro.
Estas restricciones explican morfologías especializadas. Los glóbulos rojos, de apenas 8 µm, adoptan forma de disco bicóncavo para maximizar la superficie y facilitar el intercambio de oxígeno en capilares estrechos. Los ovocitos, en cambio, rondan los 100 µm porque su actividad metabólica es baja y acumulan reservas durante la oogénesis. Las células eucariotas, además, crecen gracias a la compartimentación en orgánulos, que acerca las moléculas implicadas en cada proceso. Aun así, la naturaleza ofrece excepciones, como la bacteria Thiomargarita magnifica, de hasta un centímetro, que evade la regla llenando entre el 65 % y el 80 % de su interior con una vacuola vacía que acorta las distancias de difusión. Así, incluso en sus arquitecturas más singulares, las células obedecen al mismo diagrama de fuerzas que D'Arcy Wentworth Thompson describió en 1917.