叶绿体是植物将光能转化成化学能的重要细胞器。叶绿体的数量、大小和形态直接影响叶片的颜色和光合作用强度。叶绿体的分裂和增殖是维持叶绿体种群数量的重要因素。
大小
叶绿体的大小变化很大，高等植物叶绿体通常宽2~5μm，长5~10μm，在光学显微镜下可见。随着拟南芥子叶的生长，叶绿体逐渐变大[55] 。对于特定的细胞类型来说，叶绿体的大小相对稳定，但是会受到遗传或环境的影响。例如多倍体细胞内的叶绿体就比单倍体细胞的要大些，生长在阴影处的植物的叶绿体也会比生长在阳光下的大[50] ，但也有例外[48][49] 。所以，同一种植物生长在不同环境中，其叶绿体大小也不一定相同。 细叶真藓（Bryum capillare）细胞中可见的叶绿体
形状
高等植物中的叶绿体为球形、椭圆形或卵圆形，为双凹面。有些叶绿体呈棒状，中央区较细小而两端膨大。
植物体受到胁迫，叶绿体形状普遍发生变化[52][54] 。正火绒草（Leontopodium leontopodioides）的叶绿体形状随着海拔的升高会有从梭形或扁船形向椭圆形或圆形转变的趋势[51] 。“金边”北美鹅掌楸（Liriodendron tulipifera ‘Aureo marginatum’）叶片不同色块的叶绿体形状也不相同[53] 。
数量
不同植物中叶绿体数目相对稳定，大多数高等植物的叶肉细胞（mesophyll cell）含有几十到几百个叶绿体，可占细胞质体积的40%。叶绿体的数目因物种、细胞类型和生理状况而异。[58] 电镜下的叶绿体
藻类植物通常只有一个巨大的叶绿体，其形态有螺旋状、星状，依据细胞的形态而定。如丝状绿藻（filamentous green algae）含有一个螺旋带型的巨大叶绿体，而紫球藻（Porphyridium purpureum）细胞中含有一个巨大的球形叶绿体，其内膜小泡平行排列而不堆积。枇杷（Eriobotrya japonica）多倍体气孔叶绿体数比二倍体有明显增多，而多倍体之间差异不显著，品种间叶绿体数有明显差异[56] 。不同类型油菜亲本及其种间杂种叶片气孔保卫细胞叶绿体数存在明显的分界线[57] 。