Die Funktion eines Thylakoids besteht darin, als Kompartiment zu dienen, in dem die Lichtsammelreaktionen der Photosynthese ablaufen, wie in "Molekularbiologie der Zelle" erklärt. Es befindet sich im Stroma der Choloroplast, der Raum zwischen der inneren Membran und der Thylakoidmembran.
Thylakoids bestehen aus einem miteinander verbundenen System abgeflachter, scheibenförmiger Säcke. Sie neigen dazu, gestapelte Aggregate, Grana genannt, zu bilden, die jeweils etwa 10 bis 20 Thylakoide enthalten. Sie enthalten die Elektronentransportkette, das photosynthetische lichtabsorbierende System und ein ATP-Synthase-Enzym. Auf der Außenseite der Thylakoidmembran befindet sich das Stroma, das der große Innenraum des Chloroplasten ist und Enzyme enthält, die CO2 in Zucker, Ribosomen, RNA und DNA einbauen. Die Membran der Thylakoide enthält wichtige Proteinkomplexe, die die Lichtreaktionen der Photosynthese durchführen. Dort befinden sich Komplexe des Photosystems I und II, die Licht mit Chlorophyll und Carotinoiden sammeln. Sie absorbieren Lichtenergie und nutzen sie, um die Elektronen in der Elektronentransportkette zu energetisieren. Ein großer Proteinkomplex, bekannt als ATP-Synthase, steuert den Konzentrationsgradienten der Wasserstoffionen im Thylakoidraum, um ATP-Energie zu erzeugen, und die Wasserstoffionen fließen zurück in das Stroma.
