葉綠體是光合作用的場所。類囊體中含兩類色素：葉綠素和橙黃色的類胡蘿卜素（胡蘿卜素和葉黃素），通常葉綠素和類胡蘿卜素的比例約為3：1，chla與chlb也約為3：1，在許多藻類中除葉綠素a、b外，還有葉綠素c、d和藻膽素，如藻紅素和藻藍素；在光合細菌中是細菌葉綠素等。葉綠素a、b和細菌葉綠素都由一個與鎂絡合的卟啉環和一個長鏈醇組成，它們之間僅有很小的差別。
類胡蘿卜素是由異戊烯單元組成的四萜，藻膽素是一類色素蛋白，其生色團是由吡咯環組成的鏈，不含金屬，而類色素都具有較多的共軛雙鍵。全部葉綠素和幾乎所有的類胡蘿卜素都包埋在類囊體膜中，與蛋白質以非共價鍵結合，一條肽鏈上可以結合若干色素分子，各色素分子間的距離和取向固定，有利于能量傳遞。類胡蘿卜素與葉黃素能對葉綠素a、b起一定的保護作用。幾類色素的吸收光譜不同，葉綠素a、b吸收紅，橙，藍，紫光，類胡蘿卜素吸收藍紫光，吸收率最低的為綠光。特別是藻紅素和藻藍素的吸收光譜與葉綠素的相差很大，這對于在海洋里生活的藻類適應不同的光質條件，有生態意義。