Quá trình quang hợp gắn liền chặt chẽ với vai trò của diệp lục trong lục lạp – bào quan đặc trưng của tế bào thực vật. Trong lục lạp, diệp lục tập trung chủ yếu ở màng tilacoit, nơi diễn ra các phản ứng sáng của quang hợp. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào lá cây, các phân tử diệp lục sẽ hấp thụ năng lượng ánh sáng và kích thích electron lên mức năng lượng cao hơn. Những electron này sau đó được truyền qua một chuỗi các chất nhận electron, tạo ra năng lượng dưới dạng ATP và NADPH. Hai hợp chất này đóng vai trò thiết yếu trong chu trình Calvin – giai đoạn tối của quang hợp – nơi CO₂ được cố định và chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ. Như vậy, diệp lục không trực tiếp tạo ra đường, nhưng lại cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình này. Nếu thiếu diệp lục, toàn bộ chuỗi phản ứng quang hợp sẽ bị gián đoạn, dẫn đến việc cây không thể tự nuôi sống mình. Điều này cho thấy diệp lục không chỉ quan trọng với cá thể thực vật mà còn ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái và khí hậu toàn cầu.
