Klorofylli ja magnesium liittyvät toisiinsa, koska klorofyllimolekyyli sisältää magnesiumionia. Vihreät kasvit ovat riippuvaisia klorofyllistä fotosynteesissä, ja magnesiumia tarvitaan klorofyllin tuotantoon. Tämä alkuaine on siksi välttämätön ravintoaine vihreille kasveille. Fotosynteesin aikana vihreät kasvit käyttävät auringonvalon energiaa syntetisoimaan glukoosia vedestä ja hiilidioksidista. Happi syntyy tämän reaktion sivutuotteena, joten tämä prosessi on suurelta osin vastuussa planeetan happitasojen ylläpitämisestä.
Klorofyllin rakenteen ansiosta sillä voi olla ratkaiseva rooli fotosynteesissä. Klorofyllimolekyylit ovat porfyriinejä, ryhmä yhdisteitä, joilla on yhteinen neljän typpiatomin järjestely, jonka keskellä on tila, jonka avulla ne voivat sisällyttää metalli -ionin kuin voivat sitoutua typpiatomeihin. Tämä muodostuminen esiintyy klorofyllimolekyyleissä ja magnesiumionit istuvat keskellä. Porfyriinit ovat usein voimakkaasti värjättyjä, koska niillä on taipumus absorboida tiettyjen taajuuksien valoa. Klorofylli imee punaisen ja sinisen valon erittäin tehokkaasti jättäen vihreän valon heijastumaan takaisin; tämä johtuu vihreiden kasvien väristä.
Fotosynteesiin liittyy useita vaiheita, mutta siihen liittyy periaatteessa elektronien siirto vedestä (H2O) hiilidioksidiin (CO2), vapauttaen happea (O2) hiilidioksidista, mikä mahdollistaa veden yhdistymisen hiilen kanssa glukoosi (C6H12O6) – yksinkertaisin hiilihydraatti. Prosessi on hyvin monimutkainen, mutta seuraa yhtälöä: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glukoosi on tärkein energian lähde kasvisoluille ja myös eläimille, jotka saavat sitä suoraan tai välillisesti kasveista. Yhdessä ratkaisevassa vaiheessa klorofyllin absorboima valo herättää elektroneja molekyyleissä, jolloin ne voidaan siirtää muihin molekyyleihin. Klorofylli ja magnesium yhdistetään tässä vaiheessa, koska magnesium auttaa molekyyliä absorboimaan valoa ja pitää elektronit virittyneessä tilassa, jotta ne voidaan siirtää.
Magnesium osallistuu klorofylli -roolinsa lisäksi myös hiilidioksidin talteenottoon, joka tuottaa hiiltä glukoosin valmistukseen. Se auttaa aktivoimaan ribuloosi-1,5-bifosfaattikarboksylaasioksigenaasin (RuBisCO) entsyymiä, joka katalysoi hiilidioksidin liittämistä fotosynteesiin osallistuviin molekyyleihin. Tätä prosessia kutsutaan hiilidioksidin kiinnittämiseksi.
Klorofyllin tuotanto ja magnesiumin saatavuus maaperässä liittyvät vahvasti toisiinsa. Magnesiumin puute ilmenee kasveissa lehtien kellastumisena suonien välissä. Tätä kutsutaan kloroosiksi, ja sitä esiintyy yleensä vanhemmissa lehdissä, koska kasvi hajottaa klorofyllin kasvin vanhemmissa osissa ylläpitääkseen tasoja aktiivisesti kasvavilla alueilla. Jos maaperä on puutteellinen tässä elementissä, sitä voidaan käsitellä magnesiumlähteellä, kuten jauhetulla dolomiittikalkkikivellä tai magnesiumsulfaatilla, joka tunnetaan myös nimellä Epsom -suolat.