L’ultrastructure d’Halimeda discoidea, d’H. incrassata, d’H. opuntia, d’H. simulans et d’H. tuna, récoltés sur les côtes nord-est du Brésil est étudiée pour la première fois. Le genre est hétéroplastidié, avec des chloroplastes et des amyloplastes à différents stades de développement. Les grands chloroplastes sont plus abondants dans les utricules corticaux, liés aux parois cellulaires externes, tandis que les petits chloroplastes, les amyloplastes, les noyaux et les mitochondries sont plus abondants dans les siphons médullaires. Les chloroplastes sont semblables à ceux des plantes terrestres, avec un système de thylacoïdes parallèle à l’axe long des chloroplastes, et une grande variation dans le nombre de thylacoïdes par granum. Un système caractéristique de lamelles concentriques est formé dans un pôle des plastids. Le chloroplaste âgé est caractérisé par un accroissement en nombre et en taille des plastoglobules. En plus des habituels organelles, le cytoplasme a un lot particulier de corps sphériques de texture différente et dense aux électrons. Une autre sorte de corps sphériques, avec une structure fibrillaire, est présente à l’intérieur des vacuoles. La fonction et la composition de ces corps demeurent incertaines.