Pelomyxa es el nombre del único género del filo Pelobionta (=Karyoblastea), el cual se encuadra en el subreino Amoebozoa del reino Protistas. El género sólo contiene una especie válida, Pelomyxa palustris, aunque en el pasado se han publicado otros nombres, considerados luego sinónimos. Otras especies descritas como Pelomyxa fueron transferidas luego al género Chaos, aunque dos de estos nombres (Pelomyxa carolinensis y P. illinoisensis) siguen apareciendo, indebidamente, en publicaciones modernas.

La especie es muy polimorfa y presenta diferentes fases, así como colores que varían según su alimento, lo que explica la inflación de nombres que se le han llegado a atribuir.

Se ha encontrado en fondos limosos o fangosos en aguas estancadas de localidades muy dispersas, siempre del hemisferio Norte. Se cultiva con dificultad, y las colonias no duran en el laboratorio más allá de unos meses, lo que obliga a su nueva recolección en ambientes naturales.

Pelomyxa es una forma unicelular ameboide, de grandes dimensiones, con una longitud que va de 500 µm a 1 mm, o incluso 5 mm. En su fase activa la forma es alargada, globosa en el extremo anterior y adelgazándose hacia la posterior, en un uroide (cola) velloso. La superficie presenta cilios no mótiles. Existe también una fase esporulante, esférica, de cuya gruesa cubierta (25 µm) las nuevas amebas escapan por una abertura. Las células de Pelomyxa son multinucleadas y contienen bacterias endosimbióticas de al menos tres tipos: grampositivas, que han sido relacionadas con Mycobacterium, gramnegativas, quizá relacionadas con Pseudomonas, y metanogenéticas, que se parecen a formas de Methanospirillum. Pelomyxa digiere lentamente los microorganismos que fagocita, lo que favorecería su instalación como simbiontes.

La posición filogenética de Pelomyxa ha sido muy debatida. Se la ha considerado en general una forma eucariótica muy basal, y T. Cavalier-Smith la enumeró entre los miembros de su taxón Archaezoa, ya descartado.