Les cellules mésophylles d'une feuille de plante jouent un rôle vital dans la photosynthèse en permettant la partie d'échange gazeux du processus et par l'action de leurs organites spécialisés contenant de la chlorophylle, appelés chloroplastes, dans lesquels les réactions photosynthétiques primaires ont lieu. Parce qu'elles sont entourées de poches d'air intercellulaires, les cellules du mésophylle sont capables d'effectuer un échange gazeux lorsque les pores stomatiques de l'épiderme de la feuille s'ouvrent. Le terme grec « mésophylle » signifie « feuille médiane » et il reflète l'emplacement des cellules du mésophylle entre les couches épidermiques supérieure et inférieure de la feuille, plus minces et beaucoup plus rigides.
Les cellules du mésophylle constituent ce que l'on appelle le tissu d'assimilation d'une plante, qui fait référence à l'emplacement principal des réactions photosynthétiques. Dans la majorité des plantes à fleurs et des fougères, le tissu mésophylle est composé de deux couches : la couche palissade et la couche spongieuse. La couche palissade se trouve directement sous la couche épidermique supérieure ou adaxiale et contient des cellules mésophylles allongées verticalement. Les cellules de cette couche contiennent un plus grand nombre de chloroplastes. Ces cellules du mésophylle ont également des espaces d'air entre elles qui permettent aux cellules d'absorber le dioxyde de carbone.
La couche spongieuse des cellules du mésophylle se trouve sous la couche de palissade et contient des espaces d'air plus grands qui permettent au dioxyde de carbone et à l'oxygène de se diffuser à travers les parois cellulaires pendant la photosynthèse et la respiration. Pour permettre l'échange de gaz à l'intérieur et à l'extérieur de la plante, les pores stomatiques de l'épiderme mènent à des chambres sous-stomatiques, qui se connectent aux poches d'air intercellulaires entre les cellules du mésophylle dans la couche spongieuse.
