Mặc dù đôi khi chúng được gọi là "tảo xanh lam", vi khuẩn lam không phải là thực vật và là sinh vật nhân sơ, trong khi tảo lục là thực vật và là sinh vật nhân chuẩn. Cả hai loại sinh vật đều thu được năng lượng từ quá trình quang hợp, nhưng vi khuẩn lam không có nhân bao quanh, thiếu nhân là đặc điểm cấu tạo của sinh vật nhân sơ. Không giống như tảo lục, vi khuẩn lam không chứa lục lạp.
Tảo lục có nhân được bao bọc trong một lớp màng, một đặc điểm phân loại chúng là sinh vật nhân thực. Tế bào tảo lục cũng lớn hơn đáng kể so với tế bào prokaryote. Giống như thực vật trên cạn, tảo lục sở hữu lục lạp, nhưng chúng không có các mô phân biệt để có thể thích nghi với cuộc sống trên cạn và chúng phải sống và sinh sản trong nước.Mặc dù chúng không phải là thực vật, vi khuẩn lam có chứa chất diệp lục, và nhiều vi khuẩn là sinh vật quang dưỡng oxy thuộc nhóm vi khuẩn có thể tự sản xuất thức ăn thông qua quá trình quang hợp. Tế bào của chúng không có ngăn bên trong và chứa đầy các sắc tố quang hợp. Một số loài vi khuẩn lam có thể phát triển trong bóng tối bằng cách sử dụng đường sucrose và glucose làm nguồn năng lượng và carbon.
Một số hóa thạch cổ nhất là các thuộc địa liên kết với nhau của vi khuẩn lam và thường được thừa nhận là đã đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của sự sống trên cạn phụ thuộc vào oxy. Được biết đến là loài có khả năng chịu đựng cao trong các điều kiện khắc nghiệt, vi khuẩn lam là loài quang dưỡng tạo oxy đầu tiên tiến hóa trên Trái đất và giúp biến đổi môi trường thiếu khí thành môi trường hỗ trợ các sinh vật cần oxy để hô hấp.
