叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所.
叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成，此外在叶绿体基质中还有少量DNA和RNA.
电镜观察，叶绿体由双层单位膜构成.外膜通透性大，内膜物质有较强选择通透性.内外膜间围有膜间隙.
叶绿体内充满流动状态的基质，基质中有许多片层结构.每片层是由周围闭合的两层膜组成，呈扁囊状，称为类囊体.类囊体内也是水溶液.小类囊体互相堆叠在一起形成基粒，这样的类囊体称为基粒类囊体.组成基粒的片层称为基粒片层.大的类囊体横贯在基质中，连接于两个或两个以上的基粒之间.这样的片层称为基质片层，这样的类囊体称基质类囊体.光合作用过程中光能向化学能的转化是在类囊体膜上进行的，因此类囊体膜亦称光合膜.
在叶绿体的基质中有颗粒较大的油滴和颗粒较小的核糖体.基质中存在DNA纤维，各种可溶性蛋白（酶），以及其他代谢有关的物质.
叶绿体的包膜由内外两层膜组成，对各种各样的离子以及种种物质具有选择透过性。在叶绿体内部有基质、富含脂质和质体醌的质体颗粒，以及结构精细的内膜系统（片层构造，内囊体）。在基质中水占叶绿体重量的60%—80%，这里有各种各样的离子、低分子有机化合物、酶、蛋白质、核糖体、RNA、DNA等。在绿藻、褐藻，红藻、接合藻、硅藻等许多藻类的叶绿体中存在着淀粉核。构成内膜系统微细结构基础的是内囊体。在具有基粒的叶绿体中重叠起内囊体或复杂地折叠起来，分化成所谓的基粒堆（grana
stack）和与之相联系的膜系统[基粒间片层（intergrana
lamellae）。各种光合色素和光合成电子传递成分、磷酸化偶联因子等存在于内囊体中，色素被光能激发、电子传递、直到ATP合成都在内囊体上及其表面附近进行。利用由此生成的NADPH和ATP在基质中进行二氧化碳固定。
