Klorofyll och magnesium är besläktade genom att klorofyllmolekylen innehåller en magnesiumjon. Gröna växter är beroende av klorofyll för fotosyntes, och magnesium krävs för klorofyllproduktion. Detta element är därför ett viktigt näringsämne för gröna växter. I processen för fotosyntes använder gröna växter energi från solljus för att syntetisera glukos från vatten och koldioxid. Syre produceras som en biprodukt av denna reaktion och så denna process är till stor del ansvarig för att upprätthålla syrenivåerna på planeten.
Strukturen av klorofyll gör att det kan spela en avgörande roll i fotosyntesen. Klorofyllmolekyler är porfyriner, en grupp föreningar som har gemensamt ett arrangemang av fyra kväveatomer med ett utrymme i mitten som gör att de kan inkorporera en metalljon som kan binda till kväveatomerna. Denna bildning finns i molekyler av klorofyll och magnesiumjoner sitter i mitten. Porfyriner är ofta starkt färgade på grund av deras tendens att absorbera ljus med speciella frekvenser. Klorofyll absorberar rött och blått ljus mycket effektivt och lämnar grönt ljus som reflekteras tillbaka; detta står för färgen på gröna växter.
Det finns ett antal steg involverade i fotosyntesen, men det innebär i grunden överföring av elektroner från vatten (H2O) till koldioxid (CO2), vilket frigör syre (O2) från koldioxiden, vilket gör att vattnet kan kombineras med kol för att göra glukos (C6H12O6) — den enklaste kolhydraten. Processen är mycket komplex, men följer ekvationen: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glukos är den huvudsakliga energikällan för växtceller och även för djur, som får det direkt eller indirekt från växter. I ett avgörande steg exciterar ljus som absorberas av klorofyll elektroner i molekylerna, vilket gör att de kan överföras till andra molekyler. Klorofyll och magnesium hänger ihop i detta steg eftersom magnesium hjälper molekylen att absorbera ljus och håller elektronerna i ett exciterat tillstånd så att de kan överföras.
Förutom dess roll i klorofyll, är magnesium också involverat i infångningen av koldioxiden som tillhandahåller kolet för tillverkning av glukos. Det hjälper till att aktivera enzymet ribulos-1,5-bifosfatkarboxylasoxygenas (RuBisCO), som katalyserar inkorporeringen av koldioxid i molekyler som är involverade i fotosyntesen. Denna process är känd som koldioxidfixering.
Tillgången till produktion av klorofyll och magnesium i jord är starkt relaterad. Magnesiumbrist visar sig hos växter genom gulfärgning av löv mellan ådrorna. Detta är känt som kloros, och brukar ses först i äldre blad, eftersom växten kommer att bryta ner klorofyll i äldre delar av växten för att upprätthålla nivåerna i aktivt växande områden. Där jordar har brist på detta element kan de behandlas med en källa till magnesium som mald dolomitkalksten eller magnesiumsulfat, även känd som Epsom-salter.