蓝藻虽无叶绿体，但在电镜下可见细胞质中有很多光合膜，叫类囊体，各种光合色素均附于其上，光合作用过程在此进行。
蓝藻细胞壁主要由两层组成，内层为肽聚糖层，外层为脂蛋白层，两层之间为周质空间，含有脂多糖和降解酶，胞壁外往往包有多糖构成的粘质胶鞘或胶被。
胞壁内有原生质膜，膜内原生质较稠，可分为两个主要区域，即周围的有光合色素的色质区和中央的无色的中心质区。
蓝藻为原核生物，没有细胞核、叶绿体，细胞质中有叶绿素及进行光合作用的酶，光合作用就在细胞质中进行。可以将蓝藻本身看成一个叶绿体（去掉叶绿体外膜后）。
