关于叶绿体的起源问题有两种互相对立的学说，即内共生假说和分化假说。按照内共生假说，叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌，它们在生物进化的早期被原始真核细胞捕获(吞噬)，逐步进化为叶绿体。分化假说认为叶绿体是原始的真核细胞内质逐步分化而形成。已有的一些研究成果更有利于叶绿体起源的内共生假说，例如叶绿体DNA的大小及形状类似于蓝细菌DNA，DNA的组成中也都无5-甲基胞嘧啶，它们的DNA都不与组蛋白结合在一起。