從rRNA進化樹上，古菌分為兩類，泉古菌門（Crenarchaeota）和廣古菌門（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（Nanoarchaeum equitans）構(gòu)成。

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

古菌和真核生物的關(guān)系仍然是個重要問題。除掉上面所提到的相似性，很多其他遺傳樹也將二者并在一起。在一些樹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。一些人認為真核生物起源于一個古菌和細菌的融合，二者分別成為細胞核和細胞質(zhì)。這解釋了很多基因上的相似性，但在解釋細胞結(jié)構(gòu)上存在困難。

目前有22個古菌基因組已經(jīng)完全結(jié)束了測序，另外15個的測序工作正在進行中。