Klorofüll ja magneesium on seotud selle poolest, et klorofülli molekul sisaldab magneesiumiooni. Rohelised taimed sõltuvad fotosünteesiks klorofüllist ja klorofülli tootmiseks on vaja magneesiumi. Seetõttu on see element roheliste taimede jaoks hädavajalik toitaine. Fotosünteesi käigus kasutavad rohelised taimed päikesevalgusest saadavat energiat glükoosi sünteesimiseks veest ja süsinikdioksiidist. Selle reaktsiooni kõrvalsaadusena toodetakse hapnikku ja seega on see protsess suures osas vastutav hapnikutaseme säilitamise eest planeedil.
Klorofülli struktuur võimaldab sellel mängida fotosünteesis üliolulist rolli. Klorofüllimolekulid on porfüriinid, ühendite rühm, millel on ühine nelja lämmastikuaatomi paigutus, mille keskel on ruum, mis võimaldab neil kaasata metalliiooni, mis suudab lämmastikuaatomitega siduda. See moodustis esineb klorofülli ja magneesiumiioonide molekulides, mis asuvad keskel. Porfüriinid on sageli tugeva värvusega, kuna neil on kalduvus neelata teatud sagedusega valgust. Klorofüll neelab väga tõhusalt punast ja sinist valgust, jättes rohelise valguse tagasi peegelduma; see põhjustab roheliste taimede värvi.
Fotosüntees hõlmab mitmeid etappe, kuid põhiliselt hõlmab see elektronide ülekandmist veest (H2O) süsinikdioksiidiks (CO2), vabastades süsinikdioksiidist hapniku (O2), mis võimaldab veel ühineda süsinikuga, et moodustada. glükoos (C6H12O6) – lihtsaim süsivesik. Protsess on väga keeruline, kuid järgib võrrandit: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glükoos on peamine energiaallikas taimerakkudele ja ka loomadele, kes saavad seda otseselt või kaudselt taimedest. Ühes olulises etapis ergastab klorofülli neeldunud valgus molekulides elektrone, võimaldades neil üle kanda teistele molekulidele. Klorofüll ja magneesium on selles etapis ühendatud, kuna magneesium aitab molekulil valgust neelata ja hoiab elektronid ergastatud olekus, et neid saaks üle kanda.
Lisaks oma rollile klorofüllis on magneesium seotud ka süsinikdioksiidi sidumisega, mis annab süsiniku glükoosi tootmiseks. See aitab aktiveerida ensüümi ribuloos-1,5-bifosfaatkarboksülaasi oksügenaasi (RuBisCO), mis katalüüsib süsinikdioksiidi inkorporeerimist fotosünteesis osalevatesse molekulidesse. Seda protsessi nimetatakse süsinikdioksiidi fikseerimiseks.
Klorofülli tootmine ja magneesiumi kättesaadavus mullas on omavahel tihedalt seotud. Magneesiumipuudus avaldub taimedes lehtede kolletumisel soonte vahel. Seda nimetatakse kloroosiks ja seda tavaliselt nähakse vanematel lehtedel, kuna taim lagundab klorofülli taime vanemates osades, et säilitada selle taset aktiivselt kasvavatel aladel. Kui muldadel on selle elemendi puudus, võib neid töödelda magneesiumiallikaga, näiteks jahvatatud dolomiitlubjakivi või magneesiumsulfaadiga, mida tuntakse ka kui Epsomi soolasid.