Chloroplasty w komórkach roślinnych mają kształt dwustronnie wypukłej soczewki. Ich średnica wynosi kilka mikrometrów. Posiadają dwie błony: pierwsza - zewnętrzna – jest gładka i dobrze przepuszcza jony, zaś druga – wewnętrzna - jest słabo przepuszczalna. Nie tworzy grzebieni, jak w przypadku mitochondriów, natomiast posiada system spłaszczonych błoniastych woreczków – tylakoidów – które są zanurzone w stromie (jednorodna, koloidalna macierz chloroplastu). U większości roślin występują dwa rodzaje tylakoidów: długie, które łączą się ze sobą w grana (tylakoidy stromy) oraz krótkie, bardziej liczne, poukładane w stosy (grana). W przeciętnej fotosyntetyzującej komórce znajduje się kilkadziesiąt gran.
Tylakoid wewnątrz chloroplastu
