在细胞质中的分布有时是很均匀的，但有时也常聚集在细胞核的附近，或者靠近细胞壁。叶绿体在细胞内的分布和排列因光照的不同而有所变化。叶绿体可随植物细胞的胞质环流（cytoplasmic streaming）而改变位置和形状。叶绿体的化学组分主要包括水、蛋白质和脂质，此外还含有少量的辅酶等小分子及核酸（有待考证）。叶绿体由外至内可划分为叶绿体外膜（outer chloroplast membrane，OCM）、叶绿体膜间隙、叶绿体内膜（inner chloroplast membrane，IMM）和叶绿体