Клетки хлореллы одиночные, имеют шаровидную или эллипсоидальную форму, диаметр не превышает 15 мкм. Этот неподвижный микроорганизм имеет тонкую гладкую целлюлозную оболочку. В клетке находится одно ядро и только один хлоропласт, расположенный пристеночно. В цитоплазме запасаются такие продукты, как жиры и крахмал.Хлорелла, как и другие зеленые водоросли, способна синтезировать органические вещества в процессе фотосинтеза. Для этого необходимы только вода, углекислый газ и достаточная освещенность. Также у водорослей данной группы есть потребность в небольшом количестве минералов для размножения.