Nelle cellule vegetali, i cloroplasti svolgono la fotosintesi, un processo che converte l'energia luminosa dal sole in energia chimica sotto forma di glucosio. Le piante possono utilizzare successivamente questa energia chimica immagazzinata per svolgere attività vita, come crescita e riproduzione.
I cloroplasti si trovano principalmente nelle cellule che costituiscono le foglie di una pianta, organi specializzati per catturare la luce. Il processo di fotosintesi eseguito all'interno dei cloroplasti utilizza acqua, luce e anidride carbonica, emettendo glucosio e ossigeno. La fotosintesi è divisa in reazioni chiare e scure. Le reazioni alla luce usano l'acqua e la luce per sintetizzare ATP e NADPH; le reazioni oscure utilizzano l'energia immagazzinata in quell'ATP insieme al biossido di carbonio e al NADPH per produrre glucosio, ADP e NADP +. ADP e NADP + sono riciclati per l'uso nelle reazioni di luce e il processo si ripete continuamente.
I cloroplasti, nonostante la natura integrale della loro funzione, sono probabilmente estranei alle cellule vegetali in cui risiedono. I cloroplasti, come i mitocondri, hanno il loro DNA e si dividono indipendentemente dal ciclo cellulare della pianta. Inoltre, una cellula non è in grado di reintegrare i suoi cloroplasti quando vengono rimossi. Prove come questa hanno portato gli scienziati a sviluppare la teoria endosymbiotica. La teoria endosimbiotica afferma che i cloroplasti e altri organelli chiave provenivano separatamente dalle loro cellule ospiti, e ad un certo punto della storia, un organismo unicellulare ha inghiottito un cloroplasto, formando una relazione simbiotica duratura che persiste pervasivamente oggi.
