葉緑体とミトコンドリアを一言で区別するならば、それは「エネルギーを蓄える工場」か「エネルギーを取り出す発電所」かという決定的な働きの差に行き着きます。両者ともに生体内のエネルギー通貨と呼ばれるATP（アデノシン三リン酸）の合成に深く関わっていますが、そのアプローチは正反対です。
葉緑体が担うのは光合成です。太陽からの光エネルギーを捕獲し、水と二酸化炭素から有機物（グルコースなど）と酸素を作り出します。この過程で葉緑体内部のチラコイド膜において一時的にATPが合成されますが、そのATPは主にストロマと呼ばれる領域で糖を合成するために消費されます。つまり、外部の光エネルギーを化学エネルギーの形へとパッケージングして「貯蔵」する役割を果たしています。
対照的に、ミトコンドリアが担うのは細胞呼吸（好気呼吸）です。葉緑体などが作った有機物や食事から摂取した栄養素を取り込み、酸素を用いて二酸化炭素と水へと分解します。その過程で放出される莫大なエネルギーを利用して、内膜のクリステに存在するATP合成酵素を駆動させ、細胞全体が活動するためのATPを大量生産します。効率の観点から言えば、解糖系のみでは1分子のグルコースからわずか2分子のATPしか得られないのに対し、ミトコンドリアが関与する酸化的リン酸化を経ることで、最大で約30〜32分子ものATPが爆発的に生み出されます。
ここで多くの人が混乱するのが植物細胞と動物細胞の違いです。動物細胞にはミトコンドリアしか存在しませんが、植物細胞には葉緑体とミトコンドリアの双方が共存しています。「植物は光合成だけをしている」という初歩的な思い込みこそが、生物学の理解を妨げる最大の障壁となっています。
