葉綠素分子包含壹個卟啉環的“頭”和壹個葉綠醇的“尾”。鎂原子位於卟啉環的中心，傾向於帶正電荷，而與之締合的氮原子傾向於帶負電荷，所以卟啉具有極性、親水性，能與蛋白質結合。葉醇是由四個異戊二烯單元組成的二萜，是親脂性的脂肪鏈，決定了葉綠素的脂溶性。葉綠素不參與氫轉移或氫氧化還原，只以電子轉移(電子得失引起的氧化還原)和* * *軛轉移(直接能量轉移)的形式參與能量轉移。
卟啉環中的鎂原子可以被氫離子、銅離子和鋅離子取代。當葉子用酸處理時，氫離子很容易進入葉綠體，取代鎂原子形成脫鎂葉綠素，使葉子變成褐色。脫鎂葉綠素容易與銅離子結合形成銅葉綠素，顏色比以前更穩定。人們常根據這壹原理用醋酸銅處理綠色植物標本。葉綠素是親脂的脂肪鏈，決定了葉綠素分子的脂溶性，使其溶於丙酮、乙醇、乙醚等有機溶劑。由於結構的差異，葉綠素a是藍綠色的，葉綠素b是黃綠色的。在光照下容易被氧化變色。葉綠素是二羧酸的酯，用堿皂化。
葉綠素不是很穩定，會被光、酸、堿、氧、氧化劑分解。在酸性條件下，葉綠素分子很容易失去卟啉環中的鎂，成為脫鎂葉綠素。葉綠素溶液可以進行壹些類似光合作用的反應，使壹些化合物在光照下氧化或還原。人工制備的葉綠素膜在光照下可以產生光電勢和光電流，還可以催化壹些氧化還原反應。