Klorofülli tähtsus fotosünteesi jaoks seisneb selles, et see püüab kinni päikesevalguse energia, et toota keemilise reaktsiooni kaudu glükoosi. Klorofüll neelab spetsiifiliselt valgust valgusspektri punasest ja sinisest osast ning peegeldab rohelist valgust. See on põhjus, miks taimed tunduvad meile rohelised. Taime sees olevad kloroplastid talletavad klorofülli ja seda leidub lehe mesofüllikihis. Toimuv keemiline reaktsioon hõlmab kuut süsinikdioksiidi ja kuut vee molekuli, et toota glükoosi ja kuut gaasimolekuli hapnikku.
Klorofülli peamine kasutusala fotosünteesiks on päikese elektromagnetilise valguse energia püüdmine. Päikesevalgus on jaotatud värvide spektriks, mille nähtav osa inimene näeb vikerkaarena ja valguses paistis läbi prismade. Klorofüll kasutab fotosünteesiks vajaliku energia loomiseks valguse punast ja sinist osa. Klorofülli erinevad vormid neelavad veidi erinevat värvi valgust. Ükski tüüp ei neela rohelist valgust, nii et kogu päikesest tulev roheline valgus peegeldub taimelt, mistõttu inimesed näevad neid rohelise värvina.
Taime kloroplastid salvestavad klorofülli, mida kasutatakse fotosünteesis. Neid kloroplaste leidub taimede lehtede keskmises kihis, mida nimetatakse mesofüllikihiks. Need sisaldavad tülakoide, membraane, mis hoiavad klorofülli. Klorofüll koosneb süsinikust, lämmastikust ja tsentraalsest magneesiumioonist.
Fotosüntees on süsihappegaasi ja vee muundamine glükoosiks ja hapnikuks. Kuus süsinikdioksiidi molekuli (CO2) ja kuus veemolekuli (H2O) reageerivad, moodustades ühe glükoosimolekuli (C6H12O6) ja kuus gaasimolekuli hapniku (O2). Selles reaktsioonis ei lähe midagi kaduma, nagu kõigi keemiliste reaktsioonide puhul; see on mõlemalt poolt tasakaalustatud. Fotosünteesiks kasutatavat klorofülli kasutatakse reaktsiooni toimumiseks vajaliku energia saamiseks. Klorofülli neeldunud päikesevalgus toimib katalüsaatorina.
Klorofülli kasutamine fotosünteesiks toimub reaktsiooni kerges osas. Fotosünteesil on üks osa, mis toimub päevavalguses, ja teine osa, mis toimub öösel. Klorofüll muudab valguse energia keemiliseks energiaks, moodustades adenosiintrifosfaadi (ATP), mis on sarnane DNA struktuuriga. ATP-d kasutatakse energiaallikana pimedas toimuva reaktsiooni osana. Fotosünteesi võib käsitleda kui “laadimisfaasi” ja “vabastamise” faasi.