Los plastidios tienen un sistema de membranas limitantes, una interna y una externa, con un fluido interno denominado estroma. Hay varias clases de plastidios que se ocupan de importantes aspectos metabólicos de la célula vegetal, como la síntesis de NADPH, purinas, pirimidinas, aminoácidos y ácidos grasos, además del almacenamiento de sustancias como el almidón. Se les considera una de las características más exclusivas de las plantas y los tipos conocidos son: cloroplastos, amiloplastos, elaioplastos, cromoplastos y leucoplastos. Los precursores de todos ellos se denominan proplastidios y están presentes en células en proceso de diferenciación.

Los plastidios pueden crecer, alterando la composición de sus membranas y se reproducen por procesos similares a una fisión binaria. Los cloroplastos son los plastidios más conspicuos (Figura 10) y están encargados de la fotosíntesis. Poseen ADN propio, una doble membrana y un sistema de endomembranas aplanadas, discoideas, llamadas tilacoides, las cuales se agrupan formando apilamientos denominados granas. Es posible que los cloroplastos almacenen gotas lipídicas y almidón, este último producto directo de la fotosíntesis mediada por clorofilas a, b y pigmentos accesorios del tipo carotenoide.

Cloroplasto de Coleus visto al microscopio electrónico de transmisión. Las líneas oscuras son tilacoides y los nódulos grisáceos son granos de almidón. Foto cortesía de Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College.