Вони нагадують плоскі диски, всередині яких порожнина, що називається тілакоїдним простором, або люменом. У вищих рослин частина тилакоїдів (5) утворює скупчення у вигляді стовпчика монет – грани (7) хлоропласта. На внутрішній поверхні мембран гран тилакоїдів знаходяться численні грибоподібні утвори – квантосоми. Вони містять комплекси пігментів, які забезпечують перетворення світлової енергії в хімічну і називаються фотосистемами. У тилакоїдах знаходяться декілька видів хлорофілу, пігменти з групи каротиноїдів, зокрема оранжево-жовтий – каротин і жовтий – ксантофіл. Хлоропласти забезпечують асиміляцію двоокису вуглецю на світлі, завдяки якій утворюються органічні сполуки вуглеводи, тобто фотосинтез. Після тривалої дії світла в стромі хлоропластів виникають і відкладаються зерна крохмалю та краплини олій . Також у стромі містяться молекули хлоропластної ДНК , РНК, 70S рибосоми , які утворюють власну білоксинтезуючу систему хлоропластів, завдяки чому вони є напівавтономними.
