在光合作用中參與吸收、傳遞光能或引起原初光化學反應的色素。高等植物和大部分藻類的光合色素是葉綠素a，b和類胡蘿蔔素；在許多藻類中除葉綠素a，b外，還有葉綠素c，d和藻膽素，如藻紅素和藻藍素；在光合細菌中是細菌葉綠素等；在嗜鹽菌中則是一種類似視紫質的色素11-順-視黃醛(11-cis-retinal)。
葉綠素a，b和細菌葉綠素都由一個與鎂絡合的卟啉環和一個長鏈醇組成，它們之間僅有很小的差別。類胡蘿蔔素是由異戊烯單元組成的的四萜，藻膽素是一類色素蛋白，其生色團是由吡咯環組成的鏈，不含金屬，而類色素都具有較多的共軛雙鍵。除鹽細菌中的假視紫紅質(一種胡蘿卜素)外，它們都不直接參與光化學反應，隻參與光的吸收和能量的傳遞，所以曾稱為輔助色素。但葉綠素b和一部分葉綠素a也不直接參加光化學反應，也可看作輔助色素。幾類色素的吸收光譜不同，特別是藻紅素和藻藍素的吸收光譜與葉綠素的相差很大，這對於在海洋裡生活的藻類適應不同的光質條件，有生態意義。
依功能不同，光合色素可分成天線色素和反應中心色素兩類。天線色素捕獲光能，並將光能傳給反應中心。極大部分光合色素都起這一作用。反應中心色素的作用是以光能來引起電荷分離及光化學反應。它的主要成分是特殊的葉綠素a，其存在狀態和光譜性質不同於一般的葉綠素a。光合色素所以能表現其特殊功能，是由於它在光合器中以特定的形式和蛋白質、脂質等結合。結合態的光合色素的性質如吸收光譜、氧化還原電位等，和非結合態的有明顯差別。例如，葉綠體中的葉綠素a的紅光波段吸收峰與在丙酮溶液中時相比，向長波方向偏數十納米。光系統Ⅰ(PSⅠ)的葉綠素在照光時，在700納米處有光吸收變化，光系統Ⅱ(PSⅡ)的則在680納米處有光吸收變化(因而把光系統Ⅰ，Ⅱ分別稱為P700和P680)。在PSⅠ中的葉綠素 a的氧化還原電位比離體時測得的數值低得多。