Хлоропласты имеют зеленый пигмент, они есть во всех органах растений, окружены двойной мембраной. Как и мембраны митохондрий, мембраны пластид образуют внутреннее замкнутое пространство, дифференцированное на мембранную систему и мат-рикс. Последний включает систему плоских мешочков — тилакоидов. Количество тилакоидов в пластиде, их разветвленность не одинаковы и варьируют в широких пределах. В процессе развития пластиды увеличиваются в размере, в них возрастает число тилакоидов за счет усиления разветвленности внутренней мембраны.

Наиболее сложным строением среди пластид выделяются хлоропласты высших растений. Они представляют собой округлые тельца с двойной мембраной. Если наружная мембрана только растягивается, не меняя формы, то внутренняя впячивается (инваги-нирует) во внутреннюю полость хлоропласты. Таким образом получаются плоские каналы — тиллакоиды, которые собираются в своеобразные пачки — граны. Граны соединены между собой таким образом, что полости оказываются непрерывными. Строма хлоропласта содержит разнообразные включения в виде липидных капель, зерен крахмала. Важнейшая функция хролопластов — преобразование лучистой энергии Солнца в энергию химических связей. Это происходит в мембранах тилакоидов, где в большем или меньшем количестве содержится хлорофилл.

Кроме хлорофилла, хлоропласт содержит мелкие рибосомы, в которых обнаруживаются зоны, лишенные стромы, там располагается тонкая сеть нитей ДНК. В строме содержатся и ферменты, участвующие в процессах фиксации диоксида углерода и превращения его в сахара. В некоторых случаях, при определенных условиях внешней среды, хлоропласт переключается на синтез и запасание крахмала.

Изменение структуры хлоропластов можно проследить, выращивая растение в темноте. Без доступа света в клетках листа формируются этиопласты, т. е. хлоропласты, у которых отсутствуют граны и ламеллы. При освещении этиопластов формируются хлоропласты с нормальной тилакоидной структурой. Листья растений, выросших в темноте, окрашены в светло-зеленый цвет или бесцветны, такие растения называют этиолянтами. Хромопласты — органеллы, сходные по строению и биохимическому составу с хлоропластами и часто образующиеся из последних. Однако функции у хромопластов другие — синтез и накопление каротиноидных пигментов. Пигмент может накапливаться в различных частях хромопласта: липидных глобулах, белковых фибриллах, откладываться в виде кристалликов. Образование хромопластов из хлоропластов — обратимый процесс, отражающий различные условия, создающиеся в растении под действием окружающей среды.