在
电子显微镜下，细胞中央为低电子密度区，周围一圈是细胞质，内含有光合作用的类囊体和性能不清楚的多面体，但无其他细胞器。类囊体通常单条、表面光滑，无藻胆体，波折状地与细胞壁平行，在某些部位有2条或2条以上的类囊体互相叠合的现象，近似绿藻，但不组成叶绿体。细胞分裂与蓝藻门一样，为双分裂；在细胞分裂时，起初细胞赤道的四周形成壁，逐步向心地将母细胞分割成为二个子细胞。光合色素有β
胡萝卜素及叶绿素a和
叶绿素b，a/b比平均为5.6～6.0，比其他绿藻类a/b比(2～3)高得很多，此外，还有玉米黄素、β-隐藻黄素、异隐藻黄素、海胆烯酮等叶黄素。
原绿藻最早发现于60年代初，但当时人们以为它们是一类原始的绿藻,后来通过用电子显微镜仔细研究 ,发现它们和细菌、蓝藻一样属原核生物。原绿藻是单细胞球状体，直径在一微米。细胞壁成分中含胞壁酸，这是原核生物特有的成分。在
光学显微镜下观察，细胞内可分为无色的中央区和绿色的周围区，没有细胞核、叶绿体和其他细胞器。在电子显微镜下观察，细胞中央是低电子密度区，其中含核质，相互连接成网状，无核膜和核仁的结构，但具核的功能，故称类核或原始核。周围一圈是类囊体和细胞质，类囊体通常单条，分布在细胞的外层，波折状平行于细胞壁，并埋在细胞质内，这种细胞结构与蓝藻相似。但类囊体表面光滑，没有藻胆体，同时在某些部位有 2条或2 条以上的类囊体互相叠合的现象，其光合色素含叶绿素a和b，这又同绿藻相似。原绿藻的贮藏物质是1，4葡萄糖，并含绿藻淀粉那样的不分枝的直链淀粉。根据上述形态特征和
光合作用色素组成，原绿藻介于蓝藻门和绿藻门之间，美国藻类学家雷文(Lewin)建议在原核生物界中除细菌门和蓝藻门外，新增— 原绿藻门(Phlorphyt),这一主张得到很多学者赞同。
原绿藻是1975年在墨西哥的加利福尼亚首先被发现，现在已在许多热带海域，包括中国的西沙群岛和海南岛的三亚西洲岛也有所发现。这种原始海藻都与死珊瑚上的胶质的海鞘类动物共生，在中国，这些海鞘也可以生长在少数
藻类植物如角网藻体上。多年来人们认为所有原核的藻类都属于蓝藻门，因此当R·A·卢因第一次发现这种藻类时称它为一个新种集胞藻Synecocyslis didemni，第2年才改为原绿藻 Prochloron didemni。迄今，原绿藻门只有这一个种。一般认为它是由蓝藻类进化来的。有人认为 ，大约1亿年前，与海鞘类共生的某种蓝藻类取得了制造叶绿素b和叶绿素a及叶绿素b蛋白质体的能力，同时，藻胆素退化成为原绿藻。然而有的则认为原绿藻可能发生于20多亿年前在海鞘类出现之前，是介于蓝藻和绿藻的中间生物，既继承了蓝藻类的叶绿素a，又产生了叶绿素b，为绿藻类的产生奠定了基础。
原绿藻的发现，对于研究生物进化，特别是从原核生物至真核生物的进化有重要意义。目前，不少人认为，真核绿藻是由原核的原绿藻演化来的，而真核绿藻普遍被认为是高等陆生植物的祖先，因此，原绿藻的发现把对植物进化的认识推进了一大步，因而有人把原绿藻的发现着作是藻类进化史上的一件大事。