Die Mesophyllzellen in einem Pflanzenblatt spielen eine entscheidende Rolle bei der Photosynthese, indem sie den Gasaustauschteil des Prozesses ermöglichen und durch die Wirkung ihrer spezialisierten chlorophyllhaltigen Organellen, Chloroplasten genannt, in denen die primären photosynthetischen Reaktionen stattfinden. Da sie von interzellulären Lufteinschlüssen umgeben sind, können die Mesophyllzellen einen Gasaustausch durchführen, wenn sich die Stomataporen in der Epidermis des Blattes öffnen. Der griechische Begriff "Mesophyll" bedeutet "mittleres Blatt" und spiegelt die Lage der Mesophyllzellen zwischen den dünneren und viel steiferen oberen und unteren Epidermisschichten des Blattes wider.
Die Mesophyllzellen bilden das sogenannte Assimilationsgewebe einer Pflanze, das sich auf den Hauptort photosynthetischer Reaktionen bezieht. Bei den meisten Blütenpflanzen und bei Farnen besteht das Mesophyllgewebe aus zwei Schichten: der Palisadenschicht und der Schwammschicht. Die Palisadenschicht liegt direkt unter der oberen oder adaxialen Epidermisschicht und enthält vertikal verlängerte Mesophyllzellen. Die Zellen in dieser Schicht enthalten eine größere Anzahl von Chloroplasten. Diese Mesophyllzellen haben auch Lufträume zwischen sich, die es den Zellen ermöglichen, Kohlendioxid aufzunehmen.
Die schwammartige Schicht der Mesophyllzellen liegt unter der Palisadenschicht und enthält größere Lufträume, die es ermöglichen, dass Kohlendioxid und Sauerstoff während der Photosynthese und Atmung durch die Zellwände diffundieren. Um den Gasaustausch in und aus der Pflanze zu ermöglichen, führen die Stomataporen in der Epidermis in substomatale Kammern, die mit den interzellulären Lufttaschen zwischen den Mesophyllzellen in der Schwammschicht verbunden sind.
