從rRNA進(jìn)化樹(shù)上，古菌分為兩類，泉古菌門(mén)（Crenarchaeota）和廣古菌門(mén)（Euryarchaeota）。另外未確定的兩類分別由某些環(huán)境樣品和2002年由Karl Stetter發(fā)現(xiàn)的奇特的物種納古菌門(mén)（Nanoarchaeum equitans）構(gòu)成。

Woese認(rèn)為細(xì)菌、古菌和真核生物各代表了一支具有簡(jiǎn)單遺傳機(jī)制的遠(yuǎn)祖生物的后代。這個(gè)假說(shuō)反映在了“古菌”的名稱中（希臘語(yǔ)archae為“古代的”）。隨后他正式稱這三支為三個(gè)域，各由幾個(gè)界組成。這種分類后來(lái)非常流行，但遠(yuǎn)祖生物這種思想本身并未被普遍接受。一些生物學(xué)家認(rèn)為古菌和真核生物產(chǎn)生于特化的細(xì)菌。

古菌和真核生物的關(guān)系仍然是個(gè)重要問(wèn)題。除掉上面所提到的相似性，很多其他遺傳樹(shù)也將二者并在一起。在一些樹(shù)中真核生物離廣古菌比離泉古菌更近，但生物膜化學(xué)的結(jié)論相反。然而，在一些細(xì)菌，（如棲熱袍菌）中發(fā)現(xiàn)了和古菌類似的基因，使這些關(guān)系變得復(fù)雜起來(lái)。一些人認(rèn)為真核生物起源于一個(gè)古菌和細(xì)菌的融合，二者分別成為細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)。這解釋了很多基因上的相似性，但在解釋細(xì)胞結(jié)構(gòu)上存在困難。

目前有22個(gè)古菌基因組已經(jīng)完全結(jié)束了測(cè)序，另外15個(gè)的測(cè)序工作正在進(jìn)行中。