葉綠體中的液體被稱為基質(zhì)（Stroma）——和細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)相對(duì)應(yīng)，盡管葉綠體的蛋白質(zhì)大多由細(xì)胞核的遺傳信息編碼而成，基質(zhì)中仍含有小的環(huán)狀脫氧核糖核酸（DNA）和核糖體。葉綠體內(nèi)含有堆疊的扁平狀的顆粒類囊體（Thylakoids）和其延伸部分-基質(zhì)類囊體，內(nèi)囊體有內(nèi)腔。光合作用在類囊體的表面和基質(zhì)中進(jìn)行。

葉綠體和葉綠體內(nèi)膜的光合作用蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。葉綠素的存在是葉綠體呈現(xiàn)綠色的原因。醫(yī)學(xué)教育|網(wǎng)搜集藻類的葉綠體也有可能是金色，棕色或紅色，這顯示了葉綠體膜和類囊體的多樣性。

在C₄植物中，維管束周圍有維管束鞘包繞，其內(nèi)細(xì)胞也含有葉綠體，但葉綠體內(nèi)沒有基粒（又稱葉綠餅，即成堆的類囊體），所以不能進(jìn)行光反應(yīng)，它們是C₄植物卡爾文循環(huán)的場所。