El flagelo de las arqueas es superficialmente similar al bacteriano pero no es homólogo. Ambos flagelos consisten en filamentos que se extienden fuera de la célula y rotan para impulsar al microorganismo. En la década de 1980 se pensaba que eran homólogos; sin embargo, nuevos descubrimientos en la década de 1990 pusieron de manifiesto numerosas diferencias de detalle entre los flagelos bacterianos y arqueanos. Entre ellas se incluyen:

• Los flagelos bacterianos son impulsados por un flujo de iones H⁺ (u ocasionalmente Na⁺), mientras que los flagelos arqueanos son con casi total seguridad impulsados por ATP. El motor que produce la rotación del flagelo todavía no ha sido identificado.
• Mientras que las células bacterianas suelen tener muchos filamentos flagelares, cada uno de los cuales gira independiente, el flagelo arqueano se compone de un conjunto de filamentos que giran como uno sólo.
• Los flagelos bacterianos crecen por la incorporación de subunidades de flagelina en la punta, mientras que flagelos de las arqueas crecen por la incorporación de subunidades a la base.
• Los flagelos bacterianos son más gruesas que los arqueanos. Además, en las bacterias, los filamentos son tubos con un hueco lo suficientemente grande para que la subunidades de flagelina puedan fluir por el interior del filamento y depositarse en la punta; los flagelos de las arqueas son demasiado delgados para permitir esto.
• Muchos de los componentes de los flagelos bacterianos comparten secuencias similares a los del sistema de secreción de tipo III, pero los componentes de los flagelos de bacterias y arqueas no comparten similitud de secuencia. En lugar de ello, algunos componentes de los flagelos arqueanos comparten secuencia y similitud morfológica con componentes de los pili de tipo IV, que son ensamblados a través de la acción de los sistemas de secreción de tipo II (la nomenclatura de los pili y de los sistemas de secreción de proteínas no son coherentes).