Chlorofil a - C₅₅H₇₂O₅N₄Mg – niebieskozielony( działa najsilniej w zakresie światła czerwonego) inicjuje zależne od światła reakcje fotosyntezy. Zbudowany jest z pierścienie porfirynowego. W środku znajduje się magnez (budową przypomina hemy w cząsteczce hemoglobiny) . Pierścień porfidynowy składa się z czterech mniejszych pierścieni zbudowanych z atomu węgla i azotu. Jest odpowiedzialny za absorbcje energii świetlnej. Posiada grupę metylową. W łańcuchu znajduję się również alkohol składających się z 20 atomów węgla – fitol (właściwości hydrofobowe). Występuje u wszystkich roślin, protistów oraz u sinic. Pozostałe chlorofile towarzyszą mu. Maksimum absorpcji dwóch najczęściej występujących chlorofili 430 nm i 662 nm dla chlorofilu a oraz 453 nm i 642 nm dla chlorofilu b

Chlorofil b - C₅₅H₇₀O₆N₄Mg – zielonożółty (działa najsilniej w zakresie światła niebieskiego) barwnik pomocniczy, który również bierze udział w fotosyntezie. Różni się od chlorofilu a grupą funkcyjną w pierścieniu porfirynowym (grupa aldehydowa \ karbonylowa -CHO). Obecny u wszystkich roślin i niektórych glonów. Występuje w stężeniu 2-3 razy mniejszym niż chlorofil a.

Chlorofil c jest obecny w małych ilościach u brunatnic, niektórych okrzemek i wiciowców

Chlorofil d występuje u pewnych sinic żyjących w symbiozie z krasnorostami

U bakterii prowadzących fotosyntezę obecne są bakteriochlorofile kilku rodzajów(pochłaniają światło czerwone i podczerwone).

Cząsteczka chlorofilu po zaabsorbowaniu kwantu światła (fotonu) ulega wzbudzeniu. Pochłonięcie kwanty światła czerwonego wiąże się z przejściem do pierwszego stanu wzbudzonego, pochłonięcie kwantu światła niebieskiego skutkuje przejściem do drugiego stanu wzbudzonego. Stan wzbudzenia przekazywany jest przez kolejne cząsteczki chlorofilu do centrum reakcji – pary cząsteczek chlorofilu a w specyficznym otoczeniu białkowym. Z chlorofilu stanowiącego centrum reakcji elektron jest wybijany, dochodzi do fotoindukcyjnego rozdziału ładunków, i następnie przechwytywany przez kolejnych pośredników zlokalizowanych w obrębie fotosystemów, a następnie na kolejne przekaźniki w obrębie błony tylakoidów, biorące udział w fotosyntetycznym łańcuchu transportu elektronów. Transport elektronów w błonach tylakoidów jest konieczny do wytworzenia NADPH (tzw. "siły redukcyjnej") oraz gradientu protonowego w poprzek błony tylakoidu, co jest konieczne do produkcji ATP przez chloroplastową syntazę ATP.

W chloroplastach, chlorofil wchodzi w skład większych kompleksów barwnikowo-białkowych (tak zwanych fotosystemów oraz układów antenowych).Stosunki ilościowe chlorofili w roślinach zależą między innymi od warunków siedliskowych: rośliny cieniolubne (cienioznośne) mają więcej chlorofilu b, rośliny światłolubne (światłożądne) — chlorofilu a.

Barwniki asymilacyjne

substancje barwne niezbędne w fotosyntezie, absorbujące światło o określonej długości fali i nadające barwę roślinom. Np. chlorofile, karotenoidy i fikobyliny o barwach od żółtej do czerwonej.

Karotenoidy zbudowane są z jednostek izoprenowych, zawierających pięć atomów węgla, należą do 40-węglowych terpenoidów. Karotenoidowy szkielet węglowy C40 budowany jest przez kolejne dodawanie jednostek C5. Z chemicznego punktu widzenia, charakterystyczną cechą karotenoidów jest występowanie dwóch pierścieni cykloheksylowych połączonych długim łańcuchem węglowym, w którym występuje układ szeregu sprzężonych wiązań podwójnych węgiel-węgiel. Są to więc mieszane cykliczno-liniowe polieny.
Barwniki asymilacyjne zlokalizowane są w chloroplastach roślin wyższych i glonów oraz w chromatoforach sinic i bakterii fotosyntetyzujących (bakteriochlorofil).

Karotenoidy występują w chloroplastach (razem z chlorofilem) i chromoplastach, nadają barwę pędom, liściom, kwiatom, owocom i korzeniom. Pełnią pomocniczą rolę w procesie fotosyntezy, ponieważ znacznie silniej od chlorofilu pochłaniają promieniowanie niebieskozielone i zielone, oraz fikobyliny, które pochłaniają promieniowanie zielonożółte, przekazując zaabsorbowaną energię chlorofilowi, rozszerzają zakres długości fal świetlnych wykorzystywanych w procesie fotosyntezy. Ponadto chronią one chlorofil przed fotooksydacją na skutek nadmiernego oświetlenia. W liściach, ich barwa jest maskowana przez zieloną barwę barwników chlorofilowych, uwidocznia się to jesienią, kiedy chlorofile są degradowane przez enzymy, które katalizują otwarcie pierścienia porfirynowego w feoforbidzie – ostatnim związku o barwie zielonej na szlaku rozkładu chlorofilu. Zazwyczaj występują w komórce w zdecydowanie mniejszych stężeniach niż chlorofile. Nie rozpuszczają się w wodzie. Ich cechą jest fotolabilność – ulegają przemianom w obecności światła. Zalicza sie tu karoteny i ksantofile. Są one syntetyzowane bez udziału światła. Pochłaniają one promieniowanie niebieskofioletowe i przekazują energię chlorofilowi a.

• karoteny: pomarańczowoczerwony barwnik i zbudowane z węgla i wodoru. Podstawową jednostką strukturalną jest izopren. Cząsteczka karotenu składa się z 8 reszt izoprenowych tworzących łańcuch zakończony z obu stron pierścieniami. Występują tu kolejno po sobie wiązania pojedyncze i podwójne, tworzące sprzężony układ wiązań od którego zależy barwa karotenu. Pochłaniają one światło i przekazują energię chlorofilowi.

• ksantofile: jasnożółte lub brunatne utlenione karoteny, atomy tlenu są przyłączone do końcowych pierścieni. Właściwości chemiczne i fizyczne są zbliżone do karotenów. Chronią chlorofile przed niszczącym działaniem światła i tlenu.

U sinic i protistów fotosynetyzujących można wyróżnić dodatkowo inne barwniki np.: chlorofil c, fikobiliny (fikoerytryna, fikocyjanina), diadinoksantyna, fukoksantyna, luteina i preidinina