Klorofyllin merkitys fotosynteesille on se, että se kerää auringonvaloa ja tuottaa glukoosia kemiallisen reaktion kautta. Klorofylli absorboi erityisesti valoa valonspektrin punaisesta ja sinisestä osasta ja heijastaa vihreää valoa. Tästä syystä kasvit näyttävät vihreiltä. Kasvin sisällä olevat kloroplastit varastoivat klorofylliä, ja niitä esiintyy lehtien mesofyllikerroksessa. Kemiallisessa reaktiossa tapahtuu kuusi hiilidioksidimolekyyliä ja kuusi vettä, jolloin muodostuu glukoosia ja kuusi happikaasumolekyyliä.
Klorofyllin pääasiallinen käyttö fotosynteesissä on auringon sähkömagneettisen valon talteenotto. Auringonvalo on hajonnut värispektriksi, jonka näkyvän osan ihmiset näkevät sateenkaarissa ja valossa loistivat prismien läpi. Klorofylli käyttää valon punaista ja sinistä osaa luodakseen fotosynteesiin tarvittavan energian. Klorofyllin eri muodot absorboivat hieman eri värejä valoa. Mikään tyyppi ei ime vihreää valoa, joten kasvi heijastaa kaiken auringon vihreän valon, mikä saa ihmiset näkemään ne vihreinä.
Laitoksen kloroplastit varastoivat fotosynteesissä käytettävää klorofylliä. Nämä kloroplastit löytyvät kasvien lehtien keskikerroksesta, joka tunnetaan mesofyllikerroksena. Ne sisältävät tylakoideja, kalvoja, jotka pitävät klorofylliä. Klorofylli koostuu hiilestä, typestä ja keskeisestä magnesiumionista.
Fotosynteesi on hiilidioksidin ja veden muuttuminen glukoosiksi ja hapeksi. Kuusi hiilidioksidimolekyyliä (CO2) ja kuusi vesimolekyyliä (H2O) reagoivat muodostaen yhden glukoosimolekyylin (C6H12O6) ja kuusi happikaasumolekyyliä (O2). Tässä reaktiossa ei menetetä mitään, kuten kaikissa kemiallisissa reaktioissa; se on tasapainossa molemmin puolin. Fotosynteesissä käytettävää klorofylliä käytetään reaktion tapahtumiseen tarvittavan energian tuottamiseen. Klorofyllin absorboima auringonvalo toimii katalyyttinä.
Klorofylliä käytetään fotosynteesissä reaktion kevyessä osassa. Fotosynteesissä on yksi osa päivänvalossa ja toinen yöllä. Klorofylli muuntaa valoenergian kemialliseksi energiaksi muodostamalla adenosiinitrifosfaatin (ATP), joka muistuttaa DNA: n rakennetta. ATP: tä käytetään osana reaktiota, joka tapahtuu pimeässä energianlähteenä. Fotosynteesin voidaan ajatella sisältävän latausvaiheen ja vapautusvaiheen.