無論古今中外，人們都把太陽看成光明和熱力的象徵。動物肌肉收縮的機械能，螢火蟲發光的光能，最終都來自太陽的光能。當然，太陽能不會直接變為肌肉收縮的機械能和發光生物發出的光能，在中間起聯繫作用的，便是綠色植物和某些細菌。下面簡單介紹一下，植物葉子的結構與光合作用。
在陽光的照耀下，植物利用水和二氧化碳合成我們所需要的有機物質，這個過程就是大家熟知的光合作用。光合作用是地球上規模最大的太陽光能利用過程。有了它，地球大氣的氧含量才從原始的0.05%以下，增長到21%，確保了如今地球上的生物生生不息。有了它，我們才有了煤、石油、天然氣等礦藏，為現代工業提供了動力和原料。也正因為有了它，我們才能每年都收穫許多糧、棉、油和木材，使人類社會得以生存。這個「偉大的勞動者」就是普通的綠色葉子。
我們若把植物葉子做成切片，放在顯微鏡下觀察，便會發現綠色的物質，也就是葉綠素，它們集中在一個個小顆粒（葉綠體）裡，葉子的其他部分基本上是沒有顏色的。每個綠色細胞含有幾十個甚至幾百個葉綠體。有人計算，一棵樹冠覆蓋30~40平方米地面的大樹，約有20萬片葉子，裡面的葉綠體就有500億個，它們的總面積達2萬平方米。葉綠體的形狀變化很大，最不規則的是藻類葉綠體，而高等植物的葉綠體是比較規則的。從上面看，葉綠體呈圓形或卵圓形，橫向大小約5微米；從側面看，呈圓盤狀或橢圓球狀，高約2~3微米。
葉綠體本身也不是均勻的，綠色集中在一個個微小的顆粒（基粒）裡。用浸漬和離心法可將基粒從葉綠體裡提取出來，並可把它們打碎成許多圓盤。這些圓盤像一疊硬幣那樣堆成基粒。一個基粒往往含有20~30個圓盤，有時可達100個。基粒直徑約400~800毫微米，高400~900毫微米。在基粒之間（基質），通常有不少澱粉粒。用電子顯微鏡在葉綠體中發現了一個片層系統，表明基粒和基質並沒有很大差異，它們的區別僅在於，基粒裡的片層結構比基質裡的多，而且更有秩序。
這種片層結構是生物體中最基本最普遍的一種結構形式。除葉綠體外，視網膜神經元、線粒體、細胞膜等都有片層結構。這種結構，是細胞內物質運輸、能量轉變和傳遞的基地。一般認為，葉綠體中的基粒是光合作用的單位，但後來有人發現，基粒中有更小的結構單位量子體，它能將太陽光能轉化為化學能。量子體的直徑約200埃，含有200~300個與蛋白質結合的葉綠素分子。這些量子體能吸收光，並實現光合作用過程的若干步驟。
物理學告訴人們，太陽光不是別的，而是能量質點，也就是光子流。太陽光照到植物葉子上，光子被葉綠素分子吸收，我們就說葉綠素分子處於激發態了。這是什麼意思呢？每個分子都是原子的化合物，而原子本身又由核和周圍的電子組成。在穩定狀態下，電子在離核一定距離的軌道上運動。吸收了光子能量後，電子被激發了，它就跑到離核較遠的軌道上運動。但這是不穩定的，被激發的電子力趨向回到原先的狀態。然而，被激發電子不是一下子就能回來的，它要通過一系列複雜的分子化學轉變鏈「階梯」，在每一階段上只釋放出光子能的小部分。這就是電子的傳遞過程。在電子傳遞過程中，經過一系列複雜的化學反應，水分子被分解放出氧氣，其中的氫與從空氣中吸收的二氧化碳化合生成葡萄糖。結果，太陽的光能就變成了化合物的化學能，葉綠素分子又回到了原來的狀態。
依靠這樣的光合作用，取之不盡的二氧化碳、用之不竭的水變成了糖。綠色植物不僅能合成糖類，而且能在某些酶的作用下合成蛋白質、脂肪、維生素等有機物質。所以，葉綠體也是一個非常複雜的「化工廠」。毫無疑問，如果人類能成功地模擬葉綠體中的生物催化及其調節功能，那就會引起有機合成化學工業的深刻變化，也將為人工合成食物開闢一條嶄新的道路。不過，現代農業仍然是大規模利用太陽能最經濟的方式，農業生產永遠是人類生存的物質基礎。如果認為隨著科學技術的發展，人工合成食物將代替農業生產，那就有些片面了。
曾有人把菠菜葉綠體、氫化酶和鐵氧還蛋白構成一個系統，蛋白質把葉綠素連到酶上。在陽光下，這個系統能分解水而得到氫。人們用氧化鋅作為葉綠素的基底，發現這個系統的光電性質類似進行光合作用的葉綠素。當有光照時，葉綠素吸收光能後把電子交給氧化鋅，便能產生出電流來。有人把形成水夾層的葉綠素放在兩片透明的塑料薄膜之間，將這樣的「人造葉」暴露在陽光下，也能產生出可測量的電壓。