叶绿体是光合作用的场所。类囊体中含两类色素:叶绿素和橙黄色的类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素),通常叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3:1,chla与chlb也约为3:1,在许多藻类中除叶绿素a、b外,还有叶绿素c、d和藻胆素,如藻红素和藻蓝素;在光合细菌中是细菌叶绿素等。叶绿素a、b和细菌叶绿素都由一个与镁络合的卟啉环和一个长链醇组成,它们之间仅有很小的差别。
类胡萝卜素是由异戊烯单元组成的四萜,藻胆素是一类色素蛋白,其生色团是由吡咯环组成的链,不含金属,而类色素都具有较多的共轭双键。全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中,与蛋白质以非共价键结合,一条肽链上可以结合若干色素分子,各色素分子间的距离和取向固定,有利于能量传递。类胡萝卜素与叶黄素能对叶绿素a、b起一定的保护作用。几类色素的吸收光谱不同,叶绿素a、b吸收红,橙,蓝,紫光,类胡萝卜素吸收蓝紫光,吸收率最低的为绿光。特别是藻红素和藻蓝素的吸收光谱与叶绿素的相差很大,这对于在海洋里生活的藻类适应不同的光质条件,有生态意义。