Chlorofil i magnez są spokrewnione pod tym względem, że cząsteczka chlorofilu zawiera jon magnezu. Fotosynteza roślin zielonych jest zależna od chlorofilu, a do produkcji chlorofilu potrzebny jest magnez. Pierwiastek ten jest zatem niezbędnym składnikiem odżywczym dla roślin zielonych. W procesie fotosyntezy rośliny zielone wykorzystują energię światła słonecznego do syntezy glukozy z wody i dwutlenku węgla. Tlen jest produktem ubocznym tej reakcji, a więc proces ten jest w dużej mierze odpowiedzialny za utrzymanie poziomu tlenu na planecie.
Struktura chlorofilu pozwala mu odgrywać kluczową rolę w fotosyntezie. Cząsteczki chlorofilu to porfiryny, grupa związków, które mają wspólny układ czterech atomów azotu z przestrzenią w środku, która umożliwia im włączenie jonu metalu, który może wiązać się z atomami azotu. Ta formacja istnieje w cząsteczkach jonów chlorofilu i magnezu znajdujących się w centrum. Porfiryny są często silnie zabarwione ze względu na ich skłonność do pochłaniania światła o określonych częstotliwościach. Chlorofil bardzo skutecznie pochłania czerwone i niebieskie światło, pozostawiając zielone światło do odbicia; to odpowiada za kolor zielonych roślin.
Fotosynteza składa się z kilku etapów, ale zasadniczo polega ona na przeniesieniu elektronów z wody (H2O) do dwutlenku węgla (CO2), uwalniając tlen (O2) z dwutlenku węgla, co pozwala wodzie łączyć się z węglem i tworzyć glukoza (C6H12O6) — najprostszy węglowodan. Proces jest bardzo złożony, ale przebiega według równania: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glukoza jest głównym źródłem energii dla komórek roślinnych, a także dla zwierząt, które pozyskują ją bezpośrednio lub pośrednio z roślin. W jednym kluczowym kroku światło zaabsorbowane przez chlorofil wzbudza elektrony w cząsteczkach, umożliwiając ich przeniesienie do innych cząsteczek. Na tym etapie chlorofil i magnez są połączone, ponieważ magnez pomaga cząsteczce absorbować światło i utrzymuje elektrony w stanie wzbudzonym, dzięki czemu mogą być przenoszone.
Oprócz roli w chlorofilu, magnez bierze również udział w wychwytywaniu dwutlenku węgla, który dostarcza węgiel do produkcji glukozy. Pomaga aktywować enzym oksygenazę karboksylazy rybulozo-1,5-bifosforanu (RuBisCO), który katalizuje włączanie dwutlenku węgla do cząsteczek biorących udział w fotosyntezie. Proces ten jest znany jako wiązanie dwutlenku węgla.
Produkcja chlorofilu i dostępność magnezu w glebie są ze sobą ściśle powiązane. Niedobór magnezu objawia się w roślinach żółknięciem liści między nerwami. Jest to znane jako chloroza i zwykle pojawia się najpierw na starszych liściach, ponieważ roślina rozkłada chlorofil w starszych częściach rośliny, aby utrzymać poziom na aktywnie rosnących obszarach. Tam, gdzie gleby są ubogie w ten pierwiastek, można je traktować źródłem magnezu, takim jak zmielony wapień dolomitowy lub siarczan magnezu, znany również jako Epsom Salts.