Bitki hücreleri, fotosentez adı verilen bir süreçle enerji elde eder. Bu işlem, karbondioksit ve suyu karbonhidrat formunda enerjiye dönüştürmek için güneş enerjisini kullanır. İki parçalı bir süreçtir. İlk olarak, güneş radyasyonundan gelen enerji tesiste tutulur. İkincisi, bu enerji karbondioksiti parçalamak ve bitkilerdeki ana enerji molekülü olan glikozu oluşturmak için kullanılır. Bitkiler, algler ve bazı bakteriler büyüme, bakım ve üreme için kullanılan enerjiyi oluşturmak için fotosentez kullanır.
Kloroplastlar, fotosentez reaksiyonunun meydana geldiği organellerdir (hücre içindeki işlev birimleri). Bitkilerin yaprak ve kök hücrelerinde bulunan bu organeller, fotosentezin en çok enerji sağlayan işlemlerinin gerçekleştiği protein açısından zengin bir sıvı içerir.
Kloroplastların içinde kimyasal güneş enerjisi, fotosistem adı verilen gruplar halinde düzenlenmiş pigment moleküllerinde emilir. Enerji hücrelere şu şekilde aktarılır: hafif yolculuklar bu fotosistemler aracılığıyla Enerji elektron olarak aktarılır.
Her fotosistemin içinde birçok pigment molekülü bulunur. Bu moleküllerin çoğunluğunu klorofil adı verilen iki yüz yeşil pigment molekülü oluşturur. Bir bitkinin fotosentezin gerçekleştiği kısımları yeşil renkleriyle kolayca tanımlanır. Bu renk, fotosistemlerdeki klorofilin sonucudur.
Kloroplastlarda toplanan enerji, hücresel solunum sırasında kullanılır. Hücresel solunum sırasında, fotosentez sırasında üretilen glikozdan gelen enerji, büyüme ve üreme için enerji molekülleri üretmek için kullanılır. Solunum ürünleri enerji molekülleri, karbondioksit ve sudur. Üretilen karbondioksit ve su, tekrar fotosentez için kullanıldığı kloroplasta geri aktarılır. Hücresel solunum, mitokondri adı verilen başka bir organelde gerçekleşir. Burada, kloroplastta üretilen glikozdan elde edilen enerji, bitki tarafından gelecekte kullanılmak üzere yaratılır ve depolanır.