葉綠體基因組在很多方面與線粒體基因組的結構是相似的。葉綠體DNA（cpDNA）是雙鏈環狀，缺乏組蛋白和超螺旋。cpDNA中的GC含量與核DNA及mtDNA有 很大的不同。因此可用CsCl密度梯度離心來分離cpDNA。
每個葉綠體中cpDNA的拷貝數隨著物種的不同而不同。但都是多拷貝的。這些拷貝位于類核區。例如甜菜的葉細胞中每個類核體有4~8個拷貝的cpDNA，而每個葉綠體有4~18個類核體，每個細胞中約有40葉綠體。每個細胞總共有約6000cpDNA分子。在衣藻中（chlamydomonas）（單細胞生物）在細胞中一個葉綠體含有500~1500 cpDNA分子。