Klorofil dan magnesium terkait karena molekul klorofil mengandung ion magnesium. Tumbuhan hijau bergantung pada klorofil untuk fotosintesis, dan magnesium diperlukan untuk produksi klorofil. Oleh karena itu, elemen ini merupakan nutrisi penting bagi tanaman hijau. Dalam proses fotosintesis, tumbuhan hijau menggunakan energi dari sinar matahari untuk mensintesis glukosa dari air dan karbon dioksida. Oksigen diproduksi sebagai produk sampingan dari reaksi ini sehingga proses ini sebagian besar bertanggung jawab untuk menjaga kadar oksigen di planet ini.
Struktur klorofil memungkinkannya memainkan peran penting dalam fotosintesis. Molekul klorofil adalah porfirin, sekelompok senyawa yang memiliki kesamaan susunan empat atom nitrogen dengan ruang di tengah yang memungkinkan mereka untuk menggabungkan ion logam daripada yang dapat mengikat atom nitrogen. Formasi ini ada dalam molekul klorofil dan ion magnesium duduk di tengah. Porfirin sering sangat berwarna karena kecenderungan mereka untuk menyerap cahaya frekuensi tertentu. Klorofil menyerap cahaya merah dan biru dengan sangat efisien, meninggalkan cahaya hijau untuk dipantulkan kembali; ini menjelaskan warna tanaman hijau.
Ada sejumlah langkah yang terlibat dalam fotosintesis, tetapi pada dasarnya melibatkan transfer elektron dari air (H2O) ke karbon dioksida (CO2), membebaskan oksigen (O2) dari karbon dioksida, yang memungkinkan air untuk bergabung dengan karbon untuk membuat glukosa (C6H12O6) — karbohidrat paling sederhana. Prosesnya sangat kompleks, tetapi mengikuti persamaan: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glukosa merupakan sumber energi utama bagi sel tumbuhan dan juga bagi hewan, yang memperolehnya secara langsung maupun tidak langsung dari tumbuhan. Dalam satu langkah penting, cahaya yang diserap oleh klorofil menggairahkan elektron dalam molekul, memungkinkan mereka untuk ditransfer ke molekul lain. Klorofil dan magnesium terhubung dalam langkah ini karena magnesium membantu molekul menyerap cahaya dan menjaga elektron dalam keadaan tereksitasi sehingga dapat ditransfer.
Selain perannya dalam klorofil, magnesium juga terlibat dalam penangkapan karbon dioksida yang menyediakan karbon untuk pembuatan glukosa. Ini membantu mengaktifkan enzim ribulosa-1,5-bifosfat karboksilase oksigenase (RuBisCO), yang mengkatalisis penggabungan karbon dioksida ke dalam molekul yang terlibat dalam fotosintesis. Proses ini dikenal sebagai fiksasi karbon dioksida.
Produksi klorofil dan ketersediaan magnesium dalam tanah sangat berhubungan. Kekurangan magnesium memanifestasikan dirinya pada tanaman dengan menguningnya daun di antara urat. Ini dikenal sebagai klorosis, dan cenderung terlihat pertama kali pada daun yang lebih tua, karena tanaman akan memecah klorofil di bagian tanaman yang lebih tua untuk mempertahankan kadarnya di area yang tumbuh aktif. Jika tanah kekurangan unsur ini, mereka dapat diolah dengan sumber magnesium seperti batu kapur dolomit tanah atau magnesium sulfat, juga dikenal sebagai Garam Epsom.