Klorofüll ja karotenoidid on mõlemad pigmendid ehk kromofoorid, mis osalevad fotosünteesis. Nii klorofüll kui ka karotenoidid vastutavad valguse kogumise, footonite neelamise ja ergastusenergia ülekandmise eest fotosünteesi reaktsioonikeskusesse. Kuid ainult klorofüll toimib reaktsioonikeskuses, et teostada laengu eraldamist läbi rakumembraani. Just klorofüll käivitab rea elektronide ülekandereaktsioone, mis lõpuks taandab süsinikdioksiidi (CO2) süsivesikuteks.
Nimega, mis tähendab kreeka keeles rohelist lehte, tuvastasid klorofülli esmakordselt 1818. aastal Pierre Joseph Pelletier ja Joseph Bienaime Caventou. Klorofüll on tuntud oma rohelise välimuse ja kõige rikkalikuma fotosünteetilise pigmendi poolest Maal. Alates selle algsest avastamisest on avastatud kümneid klorofülli molekulide liike. Molekulaarselt on need kõik tsüklilised tetrapürroolid ja sisaldavad tavaliselt tsentraalset magneesiumiooni. Klorofülli keemilisel struktuuril on potentsiaal elektrone kergesti juurde võtta või kaotada, mis võimaldab tal neelata footoneid ja ergastusenergiat fotosünteesi reaktsioonikeskusesse ja selle sees üle kanda.
Klorofüll ja karotenoidid on mõlemad valgust koguvad pigmendid, kuid klorofüll on kõige rikkalikum ja fotosünteesi jaoks kõige kriitilisem. Erinevat tüüpi klorofüllid, mis töötavad koos, on võimelised neelama valgust suure osa fotosünteesispektrist, vahemikus 330–1,050 nanomeetrit. Üks erand on nn “roheline lõhe”, umbes 500 nanomeetrit. Selle neeldumisvahe täitmiseks on vaja lisapigmente.
Teine klorofüllide piirang tuleneb nendest omadustest, mis muudavad need fotosünteesisüsteemis nii võimsateks pigmentideks: nende võime säilitada pikaajalisi ergastatud olekuid. See võime viib aga ka kalduvuseni tekitada toksilisi reaktiivseid hapniku liike. Jällegi aitavad lisapigmendid, eriti karotenoidid, aidata seda probleemi lahendada.
Karotenoidid on kromofoorid, mis on tavaliselt punase, oranži või kollase värvusega. Kõige tuntum karotenoid on ilmselt karoteen, mis annab porgandile oranži värvi. Karotenoididel on kaks peamist funktsiooni: valgusenergia kogumine fotosünteesiks ja klorofülli kaitsmine valguskahjustuste eest.
Oma põhifunktsiooni täitmiseks neelavad karotenoidid footonitest valgusenergiat. Koos biliproteiinidega aitavad need neelata energiat 500 nanomeetri lähedal asuvas “rohelises tühimikus”. Nad ei suuda seda energiat otse reaktsioonikeskuse fotosünteesirajale üle kanda. Pigem kannavad nad ergastusenergia otse klorofülli molekulidele, mis seejärel kannavad energia reaktsioonikeskustesse ja fotosünteesirada. Karotenoide tuntakse seega lisapigmentidena ning klorofüll ja karotenoidid koos moodustavad rakkudes valgust koguva antenni.
Võib-olla on karotenoidide kõige olulisem ülesanne kaitsta klorofülli ja seda ümbritsevat rakku valguskahjustuste eest. Klorofüllid tekitavad sageli toksilisi reaktiivseid hapniku liike, mis põhjustavad mitmesuguseid rakukahjustusi, ja nad on eriti altid selliste vabade radikaalide tekitamisele kõrge valguse tingimustes. Karotenoidid on võimelised absorbeerima liigset valgust, suunates selle klorofüllist eemale. Erinevalt klorofüllist võivad karotenoidid liigse ergastusenergia kahjutult soojuseks muundada.