La funzione di un tilacoide è quella di fungere da compartimento dove avvengono le reazioni di raccolta della luce della fotosintesi, come spiegato in "Biologia molecolare della cellula". Si trova nello stroma del choloroplast, che è lo spazio trovato tra la membrana interna e la membrana tilacoide.
I thylakoid sono fatti di un sistema interconnesso di sacchi appiattiti simili a dischi. Tendono a formare aggregati impilati, chiamati grana, che contengono da 10 a 20 thylakoidi ciascuno. Contengono la catena di trasporto degli elettroni, il sistema fotosintetico di assorbimento della luce e un enzima sintasi ATP. All'esterno della membrana thylakoid è lo stroma, che è il grande spazio interno del cloroplasto e contiene enzimi che incorporano CO2 in zuccheri, ribosomi, RNA e DNA. La membrana dei thylakoid contiene importanti complessi proteici che svolgono le reazioni leggere della fotosintesi. I complessi Photosystem I e II che raccolgono la luce con clorofilla e carotenoidi si trovano lì. Assorbono l'energia della luce e la usano per energizzare gli elettroni nella catena di trasporto degli elettroni. Un grande complesso proteico noto come ATP sintasi controlla il gradiente di concentrazione degli ioni idrogeno nello spazio tilacoide per generare energia ATP e gli ioni idrogeno ritornano nello stroma.
