Lapisan luar membran ganda jauh lebih permeabel daripada lapisan dalam, yang memiliki sejumlah protein transpor membran tertanam. Tertutup oleh membran kloroplas adalah stroma, bahan semi-cair yang mengandung enzim terlarut dan terdiri dari sebagian besar volume kloroplas. Karena, seperti mitokondria, kloroplas memiliki genom (DNA) mereka sendiri, stroma juga mengandung DNA kloroplas dan ribosom serta RNA khusus.