Os cloroplastos são a principal estrutura celular envolvida na fotossíntese das plantas. Os cloroplastos contêm grandes concentrações de clorofila, que é o pigmento primário utilizado na fotossíntese.
Os cloroplastos são organelas de membrana tripla que residem nas células vegetais. Sua terceira membrana é conhecida como membrana tilacóide. É nas membranas tilacóides que reside a clorofila. Os cloroplastos são conhecidos como plastídios devido às suas altas concentrações de clorofila. Essas organelas são altamente dinâmicas e têm a capacidade de se mover livremente dentro das células vegetais. Eles também podem apertar em dois para se reproduzir. Os cloroplastos contêm seu próprio DNA, e é por isso que podem se reproduzir livremente.
Durante a fotossíntese, as membranas tilacóides dos cloroplastos captam a energia da luz do sol. A energia da luz atinge os pigmentos de clorofila nas membranas tilacóides e energiza os elétrons dentro dos pigmentos. Esses elétrons são então transportados através de uma cadeia de transporte de elétrons através da membrana tilacóide do cloroplasto. Conforme os elétrons se movem ao longo da cadeia de transporte de elétrons, eles criam energia na forma de ATP e NADPH. Cada molécula de clorofila nos cloroplastos substitui um de seus elétrons perdidos por um elétron da água nas células vegetais. Todo esse processo fotossintético libera oxigênio na atmosfera.