葉綠體大約含2000-2500 種蛋白，葉綠體基因組編碼的不足100 種，因此大量的蛋白質也是由核基因編碼，在細胞質中合成，然后定向轉運到葉綠體。

葉綠體蛋白的轉運機理與線粒體的相似。如：通常前體蛋白N端具有信號序列，完成轉運后被信號肽酶切除，和線粒體一樣發生后轉譯；每一種膜上有特定的轉位因子；內外膜具有接觸點（contact site）；需要能量，同樣利用ATP和質子動力勢。但是兩者的蛋白質轉運體系中除了某些hsp分子相同外，轉位因子復合體是不同的。葉綠體外膜的轉位因子被稱為TOC復合體，內膜的轉位因子被稱為TIC復合體。

葉綠體有6個區隔：①外膜、②膜間隙、③內膜、④基質、⑤類囊體膜、⑥類囊體腔。因此葉綠體的蛋白轉運途徑更復雜一些。

葉綠體前體蛋白的N端信號序列長度為20－150 個氨基酸殘基，同一植物不同前體蛋白的N端序列不具有同源性，分為3 個部分：N 端缺乏帶正電荷的氨基酸，以及甘氨酸和脯氨酸；C 端形成兩性β折疊；中間富含羥基化的氨基酸，如絲氨酸和蘇氨酸。

轉運到葉基質的前體蛋白具有典型的N端序列。轉運到葉綠體內膜和類囊體的前體蛋白含有兩個N端信號序列，*個被切除后，暴露出第二個信號序列，將蛋白導向內膜或類囊體膜（圖7-30）。轉運到葉綠體外膜上的蛋白分兩類：一類含內部信號序列；另一類蛋白的N 端序列被切除后，其后的停止轉移序列使蛋白質定位在外膜。