Klorofil in magnezij sta povezana s tem, da molekula klorofila vsebuje magnezijev ion. Zelene rastline so odvisne od klorofila za fotosintezo, magnezij pa je potreben za proizvodnjo klorofila. Ta element je torej bistveno hranilo za zelene rastline. V procesu fotosinteze zelene rastline uporabljajo energijo sončne svetlobe za sintetiziranje glukoze iz vode in ogljikovega dioksida. Kisik nastane kot stranski produkt te reakcije, zato je ta proces v veliki meri odgovoren za vzdrževanje ravni kisika na planetu.
Struktura klorofila mu omogoča, da igra ključno vlogo pri fotosintezi. Molekule klorofila so porfirini, skupina spojin, ki imajo skupno razporeditev štirih dušikovih atomov s prostorom v središču, ki jim omogoča, da vključijo kovinski ion, ki se lahko veže na atome dušika. Ta tvorba obstaja v molekulah klorofila, v središču pa sedijo magnezijevi ioni. Porfirini so pogosto močno obarvani zaradi svoje težnje, da absorbirajo svetlobo določenih frekvenc. Klorofil zelo učinkovito absorbira rdečo in modro svetlobo, tako da se zelena svetloba odbije nazaj; to je posledica barve zelenih rastlin.
V fotosintezo je vključenih več korakov, vendar v bistvu vključuje prenos elektronov iz vode (H2O) na ogljikov dioksid (CO2), sprostitev kisika (O2) iz ogljikovega dioksida, kar omogoča, da se voda združi z ogljikom in ustvari glukoza (C6H12O6) – najpreprostejši ogljikov hidrat. Postopek je zelo zapleten, vendar sledi enačbi: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glukoza je glavni vir energije za rastlinske celice in tudi za živali, ki jo neposredno ali posredno pridobivajo iz rastlin. V enem ključnem koraku svetloba, ki jo absorbira klorofil, vzbudi elektrone v molekulah in jim omogoči, da se prenesejo na druge molekule. Klorofil in magnezij sta v tem koraku povezana, ker magnezij pomaga molekuli absorbirati svetlobo in ohranja elektrone v vzbujenem stanju, tako da jih je mogoče prenesti.
Poleg vloge v klorofilu je magnezij vključen tudi pri zajemanju ogljikovega dioksida, ki zagotavlja ogljik za proizvodnjo glukoze. Pomaga aktivirati encim ribuloza-1,5-bifosfat karboksilaza oksigenaza (RuBisCO), ki katalizira vgradnjo ogljikovega dioksida v molekule, ki sodelujejo pri fotosintezi. Ta proces je znan kot fiksacija ogljikovega dioksida.
Proizvodnja klorofila in razpoložljivost magnezija v tleh sta močno povezani. Pomanjkanje magnezija se pri rastlinah kaže z rumenenjem listov med žilami. To je znano kot kloroza in je običajno opaziti najprej pri starejših listih, saj bo rastlina razgradila klorofil v starejših delih rastline, da bi ohranila ravni na aktivno rastočih območjih. Kjer v tleh primanjkuje tega elementa, jih lahko obdelamo z virom magnezija, kot je mleti dolomitski apnenec ali magnezijev sulfat, znan tudi kot Epsomove soli.