葉是植物進行光合作用的主要器官（請參照學習模組：植物的營養和氣體交換）。葉綠體是進行光合作用的細胞器（請參照學習模組：細胞結構）。

葉綠體具有雙層膜結構，表面有外膜和內膜，內部含有基粒和凝膠狀的基質。葉綠體呈橢圓形，含有葉綠素和其他色素，以及光合作用所需的酶。

光合作用的過程主要包括光化學反應和碳固定。基粒是進行光化學反應的地方，由類囊體相互堆疊而成，類囊體膜上含有葉綠素和光化學反應所需的酶。類囊體的薄膜提供很大的表面面積，以便吸收更多的光。(關於光化學反應和碳固定，請參照學習模組：光合作用過程)

基質是進行碳固定（卡爾文循環）的地方。基質含有碳固定所需的酶。光化學反應的產物會傳送到基質，進行碳固定。