Chlo­ro­plas­ten sind von einer Chloroplasten-​Hülle um­ge­ben. Diese be­steht aus einer Dop­pel­mem­bran, also einer äu­ße­ren und in­ne­ren Mem­bran und schüt­zen den Chlo­ro­plas­ten vor äu­ße­ren Ein­flüs­sen, las­sen aber den­noch Stof­fe wie Was­ser hin­durch. Die in­ne­re Mem­bran be­sitzt In­nen­ein­stül­pun­gen, die in das In­ne­re des Chlo­ro­plasts füh­ren. Hier sind En­zy­me ent­hal­ten, die ATP ver­ar­bei­ten und um­wan­deln kön­nen. Diese In­nen­ein­stül­pun­gen nennt man „Thyla­ko­i­de“.



Die Thylakoid-​Membran zeigt sich sta­pel­för­mig. Dabei schich­ten sich meh­re­re Dop­pel­mem­bra­nen auf­ein­an­der, die als Granum be­zeich­net wer­den. Diese sind wich­tig bei der Pho­to­syn­the­se. Jedes Granum ist mit einem schlauch­ar­ti­gen Stroma-​Thylakoid ver­bun­den.



In den Gra­naThyla­ko­i­den wird be­son­ders viel des Chlo­ro­phylls ge­la­gert. Aber auch an­de­re Farb­stof­fe wie Ca­ro­ti­no­i­de sind im Granum ent­hal­ten. Das Stroma ist die Grund­sub­stanz der Chlo­ro­plas­ten und wird auch als Chlorplasten-​Matrix be­zeich­net. Es ist un­ge­fähr mit dem Cy­to­sol in­ner­halb einer Zelle zu ver­glei­chen. Im Stroma be­fin­den sich ring­ar­ti­ge klei­ne Ri­bo­so­men (Trans­la­ti­on der mRNA in Pro­te­ine) Stär­ke­kör­ner (Koh­len­hy­drat­spei­cher, As­si­mi­la­ti­ons­punkt des Calvin-​Zyklus (CO2-​Gewinnung)) und Li­pid­trop­fen, die eben­falls als En­er­gie­spei­cher die­nen und zudem in alle Zel­len vor­han­den sind. Au­ßer­dem be­sit­zen Chlo­ro­plas­ten eine ei­ge­ne DNA. Dies er­mög­licht ihnen sich wäh­rend des ge­sam­ten Zell­zy­klus zu ver­meh­ren.