Los cloroplastos son las organelas de la célula vegetal responsables de que las plantas sean organismos autótrofos o sea que producen "su propio alimento" a partir de sustancias inorgánicas, y se encuentran en las hojas de las mismas.

Dentro de los cloroplastos se realiza el proceso de fotosíntesis que utiliza la energía de la luz del Sol para almacenarla en forma de energía química en las moléculas orgánicas. Las plantas solo necesitan dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) para que la fotosíntesis funcione.

Las moléculas orgánicas se forman a partir de moléculas inorgánicas más pequeñas que se encuentran en el aire y el agua.

Para "unir" las moléculas inorgánicas entre sí se necesita energía, esa energía queda almacenada en la unión por eso se dice que las plantas "almacenan energía química" a partir de la energía de la luz del Sol, y por eso se dice que son organismos autótrofos, "que fabrican su propio alimento". En química una unión se representa por un guión, como en C-C, que representa la unión entre dos átomos de Carbono.

Los cloroplastos también son los responsables de que las plantas sean verdes. La luz se divide en varios colores con sus longitudes de onda características; cada longitud de onda es absorbida por un pigmento diferente. La clorofila toma la luz azul y roja mientras que los carotenos. Sin embargo, la luz verde y amarilla no es absorbida eficazmente por las plantas y se refleja en las hojas, por eso las plantas son verdes.

Las plantas que poseen otros colores en sus partes fotosintéticas poseen además otros pigmentos que les dan color, pero si no los tuvieran serían verdes también. (Los modelos sobre la naturaleza de la luz y la explicación de por qué es así se encuentran en la física cuántica).

La estructura del cloroplasto puede variar un poco según el tipo de planta.

La envoltura de estos cloroplastos consta generalmente de dos membranas (Membrana interna y membrana externa) ubicadas una dentro de la otra con un espacio intermembrana entre ellas, y dentro de la membrana interna se encuentra el estroma, que es un medio ambiente líquido. De la membrana más interna del cloroplasto se invaginan una serie de sacos apilados como monedas llamados tilacoides, cada pila de tilacoides se llama grana.

Como son invaginaciones, el espacio que hay dentro de los tilacoides se llama espacio intratilacoidal, o lumen tilacoidal. El espacio intratilacoidal al principio se continúa con el espacio intermembrana del cloroplasto, esta comunicación se corta en los cloroplastos maduros.

En los cloroplastos maduros los tilacoides son una tercer membrana, y el espacio intratilacoidal posee una composición química diferente que la que se encuentra en el espacio intermembrana.

Dentro del estroma se encuentran ribosomas, glóbulos de lípidos, gránulos de almidón o el ADN circular, que contiene las órdenes para que el cloroplasto sintetice sus propios ribosomas, entre otros elementos.