Chlorophyll befindet sich in der Thylakoidmembran der Chloroplasten von Pflanzen und Algen. In den Membranen sind Chlorophyll-Moleküle in sogenannten Photosystemen zu finden. Dort sind sie Strukturen namens 'Lichtsammelkomplexe' und den Reaktionszentren der Photosysteme angeordnet. In Cyanobakterien ist das Chlorophyll ebenfalls in der Thylakoidmembran angeordnet. Diese befindet sich allerdings direkt im Cytoplasma der Zelle, da Cyanobakterien keine extra Chloroplasten haben.