在叶绿体基质中，有许多由单位膜封闭形成的扁平小囊，称为类囊体。叶绿体中许多圆盘状的类囊体叠置成垛称为基粒，组成基粒的类囊体束称为基粒类囊体，其片层称为基粒片层；贯穿于两个或多个基粒之间没有发生垛叠的类囊体称为基质类囊体。由于基质类囊体的存在，使类囊体腔彼此相通，因而一个叶绿体内的全部类囊体实际上是一个完整连续的封闭膜囊，而类囊体膜将类囊体腔与基质分割为两部分。

参与光反应的蛋白复合体都位于类囊体膜上，同时类囊体结构对光能的吸收和传递、电子的传递和ATP的产生都有至关重要的作用。类囊体膜的主要物质组成包括蛋白质、脂类和色素。蛋白质和脂类的重量比约为1˸1，叶绿素、胡萝卜素、质体醌各占全脂质的约20%、3%和2.5%，糖脂和磷脂各占50%和14%（糖脂是主要的脂类，与其他膜明显不同）。

类囊体膜与其他生物膜相比较，不饱和脂肪酸，特别是亚麻酸的含量高，不饱和脂肪酸占类囊体膜内全部脂肪酸的80%，这表示类囊体膜是富于流动性的膜，膜中进行的反应不易受环境温度的影响。

类囊体膜上有许多膜整合蛋白。这些蛋白质有许多疏水片段插入类囊体膜内形成跨膜的片段，同时它们又有一部分突出于类囊体的基质一侧而另一部分突出于类囊体的囊腔一侧，因而在类囊体膜上形成具有特定方向的组成方式。光合作用的许多蛋白质，如捕光天线色素蛋白，光反应中心蛋白等等都具有这样的特性，这些蛋白质在光合作用的光反应阶段起关键的作用。

类囊体膜是光合作用光反应（电子传递和光合磷酸化）的结构基础，光能吸收的捕光色素蛋白复合体、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、细胞色素b₆f复合体、ATP合成酶以及与电子传递有关的因子，都以一定的形式组件在类囊体膜上。