高等植物葉綠體中的葉綠素主要有葉綠素a 和葉綠素b 兩種（分子式：C40H70O5N4Mg）屬于合成天然低分子有機(jī)化合物.葉綠素不屬于芳香族化合物.它們不溶于水,而溶于有機(jī)溶劑,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等.在顏色上,葉綠素a 呈藍(lán)綠色,而葉綠素b 呈黃綠色.在右圖所示的葉綠素的結(jié)構(gòu)圖中,可以看出,此分子含有3種類型的雙鍵,即碳碳雙鍵,碳氧雙鍵和碳氮雙鍵.按化學(xué)性質(zhì)來說,葉綠素是葉綠酸的酯,能發(fā)生皂化反應(yīng).葉綠酸是雙羧酸,其中一個(gè)羧基被甲醇所酯化,另一個(gè)被葉醇所酯化.
葉綠素分子含有一個(gè)卟啉環(huán)的“頭部”和一個(gè)葉綠醇的“尾巴”.鎂原子居于卟啉環(huán)的中央,偏向于帶正電荷,與其相聯(lián)的氮原子則偏向于帶負(fù)電荷,因而卟啉具有極性,是親水的,可以與蛋白質(zhì)結(jié)合.葉醇是由四個(gè)異戊二烯單位組成的雙萜,是一個(gè)親脂的脂肪鏈,它決定了葉綠素的脂溶性.葉綠素不參與氫的傳遞或氫的氧化還原,而僅以電子傳遞（即電子得失引起的氧化還原）及共軛傳遞（直接能量傳遞）的方式參與能量的傳遞.
卟啉環(huán)中的鎂原子可被H＋、Cu2＋、Zn2＋所置換.用酸處理葉片,H＋易進(jìn)入葉綠體,置換鎂原子形成去鎂葉綠素,使葉片呈褐色.去鎂葉綠素易再與銅離子結(jié)合,形成銅代葉綠素,顏色比原來更穩(wěn)定.人們常根據(jù)這一原理用醋酸銅處理來保存綠色植物標(biāo)本.
葉綠素共有a、b、c和d4種.凡進(jìn)行光合作用時(shí)釋放氧氣的植物均含有葉綠素a；葉綠素b存在于高等植物、綠藻和眼蟲藻中；葉綠素c存在于硅藻、鞭毛藻和褐藻中,葉綠素d存在于紅藻.
葉綠素a的分子結(jié)構(gòu)由4個(gè)吡咯環(huán)通過4個(gè)甲烯基（=CH—）連接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu),稱為卟啉（環(huán)上有側(cè)鏈）.卟啉環(huán)中央結(jié)合著1個(gè)鎂原子,并有一環(huán)戊酮（Ⅴ）,在環(huán)Ⅳ上的丙酸被葉綠醇（C20H39OH）酯化、皂化后形成鉀鹽具水溶性.在酸性環(huán)境中,卟啉環(huán)中的鎂可被H取代,稱為去鎂葉綠素,呈褐色,當(dāng)用銅或鋅取代H,其顏色又變?yōu)榫G色,此種色素穩(wěn)定,在光下不退色,也不為酸所破壞,浸制植物標(biāo)本的保存,就是利用此特性.在光合作用中,絕大部分葉綠素的作用是吸收及傳遞光能,僅極少數(shù)葉綠素a分子起轉(zhuǎn)換光能的作用.它們在活體中大概都是與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起,存在于類囊體膜上.
葉綠醇是親脂的脂肪族鏈,由于它的存在而決定了葉綠素分子的脂溶性,使之溶于丙酮、酒精、乙醚等有機(jī)溶劑中.主要吸收紅光及藍(lán)紫光（在640-660nm的紅光部分和430-450nm的藍(lán)紫光強(qiáng)的吸收峰）,因?yàn)槿~綠素基本上不吸收綠光使綠光透過而顯綠色,由于在結(jié)構(gòu)上的差別,葉綠素a呈藍(lán)綠色,b呈黃綠色.在光下易被氧化而退色.葉綠素是雙羧酸的酯,與堿發(fā)生皂化反應(yīng).