基质片层是叶绿体基质中连接基粒的类囊体结构，由未堆叠的单层膜构成扁平囊状形态。这类特殊片层通过连接不同基粒类囊体形成三维网络结构，在维持叶绿体超微结构完整性的同时，为光合作用光反应阶段提供辅助支持。作为基质类囊体的主要存在形式，其膜面积扩展特性优化了光能传递路径，并通过质子梯度维持等功能参与电子传递系统的协同运作。

基质片层由单层闭合膜构成扁平囊状结构，在叶绿体基质中呈放射状延伸，平均厚度约25nm。其最大结构特征表现为未堆叠的片层形态，与基粒类囊体的堆叠结构形成对比。通过电子显微镜观察可见，每组片层可连接3-6个基粒单元，形成跨基粒的三维膜网络。这种特殊连接方式使其表面积较基粒类囊体扩大约40%-60%。

作为基粒间的结构支撑单元，基质片层通过物理连接维持基粒空间分布的稳定性。其膜系统承担三项核心功能：

根据类囊体分类体系，基质片层属于基质类囊体（stroma thylakoid）的子类。与基粒类囊体（grana thylakoid）对比具有显著差异：

从系统发育角度分析，基质片层结构在陆生植物中呈现更高复杂度。苔藓植物的基质片层仅连接相邻基粒，而高等植物已进化出跨基质区的多重连接网络。化石证据表明，该结构的完善与植物登陆事件存在显著正相关性。