叶绿体基因组在很多方面与线粒体基因组的结构是相似的。叶绿体DNA（cpDNA）是双链环状，缺乏组蛋白和超螺旋。cpDNA中的GC含量与核DNA及mtDNA有 很大的不同。因此可用CsCl密度梯度离心来分离cpDNA。
每个叶绿体中cpDNA的拷贝数随着物种的不同而不同。但都是多拷贝的。这些拷贝位于类核区。例如甜菜的叶细胞中每个类核体有4~8个拷贝的cpDNA，而每个叶绿体有4~18个类核体，每个细胞中约有40叶绿体。每个细胞总共有约6000cpDNA分子。在衣藻中（chlamydomonas）（单细胞生物）在细胞中一个叶绿体含有500~1500 cpDNA分子。