蓝藻不具叶绿体、线粒体、高尔基体、中心体、内质网和液泡等细胞器,细胞器是核糖体。含叶绿素a,无叶绿素b,含数种叶黄素和胡萝卜素,还含有藻胆素(是藻红素、藻蓝素和别藻蓝素的总称)。
其光合作用系统中具有叶绿素a和光系统Ⅱ,以水为电子供体,放出O2,而其他光合细菌的电子供体一般为H2、H2S和S,不产生氧气。
一般说,凡含叶绿素a和藻蓝素量较大的,细胞大多呈蓝绿色。同样,也有少数种类含有较多的藻红素,藻体多呈红色,如生于红海中的一种蓝藻,名叫红海束毛藻,由于它含的藻红素量多,藻体呈红色,而且繁殖的也快,故使海水也呈红色,红海便由此而得名。蓝藻虽无叶绿体,但在电镜下可见细胞质中有很多光合片层,叫类囊体,各种光合色素均附于其上,是含有色素的膜性结构,大大增加了细胞内的膜面积,该结构的主要功能是:进行光合作用。