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Hay dos tipos básicos de células en las algas, procariotas y eucariotas. Las células procariotas carecen de orgánulos delimitados por membranas (plástidos, mitocondrias, núcleos, cuerpos de Golgi y flagelas) y se dan en las cianobacterias. El resto de las algas son eucariotas y tienen orgánulos.

Una célula eucariota suele estar rodeada por una pared celular compuesta por polisacáridos que son parcialmente producidos y secretados por el cuerpo de Golgi. La membrana plasmática (plasmalema) rodea la parte restante de la célula; esta membrana es una estructura viva encargada de controlar la entrada y salida de subestómagos en el protoplasma. Los órganos locomotores, los flagelos, impulsan la célula a través del medio mediante su batido. Los flagelos están encerrados en la membrana plasmática y tienen un número y orientación específicos de microtúbulos. El núcleo, que contiene el material genético de la célula, está rodeado por una doble membrana con poros. El contenido del núcleo es un nucléolo, los cromosomas y el material de fondo o cariografía. Los cloroplastos tienen sacos de membrana llamados tilacoides que llevan a cabo las reacciones luminosas de la fotosíntesis. Los tilacoides están incrustados en el estroma, donde tienen lugar las reacciones oscuras de fijación del carbono. El estroma tiene pequeños ribosomas 70S, ADN y, en algunos casos, el producto de almacenamiento. Los cloroplastos están rodeados por las dos membranas de la envoltura del cloroplasto. A veces los cloroplastos tienen una zona proteica densa, el pirenoide, que se asocia con la formación del producto de almacenamiento.
Las mitocondrias con doble membrana tienen ribosomas 70S y ADN, y contienen el aparato respiratorio. El cuerpo de Golgi está formado por una serie de sacos de membrana, llamados cisternas, apilados unos sobre otros. El cuerpo de Golgi participa en la producción y secreción de polisacáridos. El citoplasma también contiene grandes ribosomas 80S y cuerpos lipídicos.