Además de estas dos membranas los cloroplastos cuentan con una tercera: la membrana tilacoidal, es en este lugar donde ocurre la fotosíntesis, se cree que esta membrana está constituida de una sola cubierta que forma numerosas y pequeñas vesículas aplanadas que se encuentran interconectadas, llamadas tilacoides, el agrupamiento de tilacoides se denomina grana.