Yeşil algler ve bitkiler, yeşil sapları ve olgunlaşmamış meyve de dahil olmak üzere, liman kloroplastlar-fotosentez gerçekleştiren hayati organeller. Bitkilerde, en yüksek kloroplast yoğunluğu yaprakların mezofil hücrelerinde bulunur.

Bir çift membran kloroplastları çevreler. Dış zar, bir tarafta bitki hücresinin sitoplazmasına ve diğer tarafta kloroplastın intermembran boşluğuna bakar. İç zar, dar intermembran boşluğu, stroma adı verilen kloroplastın sulu iç kısmından ayırır.

Stroma içinde, membranlar başka bir dizi disk şeklinde bölmeleri oluşturmaktadır— tilakoid olarak bilinmektedir. Bir tilakoidin iç kısmına tilakoid lümen denir. Çoğu bitki türünde, tilakoidler birbirine bağlanır ve grana adı verilen yığınlar oluşturur.

Tilakoid membranlara gömülü çok proteinli ışık toplama (veya anten) kompleksleridir. Bu kompleksler, ışığa bağlı fotosentez reaksiyonlarını gerçekleştirmek için ışık enerjisini yakalayan klorofil gibi proteinler ve pigmentlerden oluşur. Bu işlemler oksijeni serbest bırakır ve ATP ve NADPH şeklinde kimyasal enerji üretir.

Fotosentezin ikinci kısmı-kalvin döngüsü-ışıktan bağımsızdır ve kloroplastın stromasında gerçekleşir. kalvin döngüsü CO₂ yakalar ve sonuçta şeker üretmek için ATP ve NADPH kullanır.

Kloroplastlar fotosentezin iki aşamasını koordine eder. Fotosentez, oksijen ve şekerleri serbest bırakır-doğrudan veya dolaylı olarak yeryüzündeki yaşamın çoğunu besleyen bitki biyokütlesinin temelidir.