Las células mesófilas de la hoja de una planta desempeñan un papel vital en la fotosíntesis al permitir el intercambio gaseoso del proceso y las acciones de sus organelos especializados que contienen clorofila, llamados cloroplastos, en los cuales las reacciones fotosintéticas primarias tienen lugar. Debido a que están rodeados por bolsas de aire intercelulares, las células mesófilas pueden realizar un intercambio de gases cuando se abren los poros estomáticos en la epidermis de la hoja. El término griego "mesófilo" significa "hoja media" y refleja la ubicación de las células mesófilas entre las capas epidérmicas superior e inferior, más delgadas y mucho más rígidas de la hoja.
Las células mesófilas forman lo que se conoce como tejido de asimilación de una planta, que se refiere a la ubicación primaria de las reacciones fotosintéticas. En la mayoría de las plantas con flores y en los helechos, el tejido mesófilo consta de dos capas: la capa de empalizada y la capa esponjosa. La capa de empalme se encuentra directamente debajo de la capa epidérmica superior o adaxial y contiene células mesófilas alargadas verticalmente. Las células en esta capa contienen un mayor número de cloroplastos. Estas células mesófilas también tienen espacios de aire entre ellas que hacen posible que las células absorban dióxido de carbono.
La capa esponjosa de células mesófilas se encuentra debajo de la capa de empalizada y contiene espacios de aire más grandes que permiten que el dióxido de carbono y el oxígeno se difundan a través de las paredes celulares durante la fotosíntesis y la respiración. Para permitir el intercambio de gases dentro y fuera de la planta, los poros estomáticos en la epidermis conducen a cámaras substomatales, que se conectan a las bolsas de aire intercelulares entre las células mesófilas en la capa esponjosa.
