Fotosynteza to wieloetapowy proces biochemiczny, który zachodzi zarówno w roślinach, jak i w niektórych bakteriach. Wychwytuje dwutlenek węgla i energię słoneczną w celu wytworzenia glukozy. Glukoza magazynuje energię chemiczną w postaci węglowodanów. Ogólny wzór biochemiczny fotosyntezy to 6 CO2 + 6 H2O + Energia świetlna → C6H12O6 + 6 O2. Fotosynteza uwalnia tlen do atmosfery i jest w dużej mierze odpowiedzialna za utrzymanie zawartości tlenu w atmosferze Ziemi.
Reakcje fotosyntezy zachodzą w chloroplastach, wyspecjalizowanych przedziałach zamkniętych błoną w komórce roślinnej. Chloroplasty składają się z przypominających monety stosów tylakoidów. Jeden z takich stosów nazywa się granum. Błony tylakoidów są wzbogacone chlorofilem, zielonym pigmentem, który nadaje roślinom, a zwłaszcza ich liściom, zielony kolor. Cząsteczka chlorofilu pochłania energię świetlną w postaci fotonów o długości fali fioletowo-niebieskiej oraz pomarańczowej i czerwonej. Fotony inicjują kaskadę, która zasila reakcje Photosystemu II i Fotosystemu I, które wytwarzają ATP i NADPH. Te dwie cząsteczki są następnie wykorzystywane do zasilania niezależnych od światła reakcji cyklu Calvina, które zachodzą w zrębie chloroplastu w celu wytworzenia węglowodanów złożonych.
Niektóre rośliny, takie jak kukurydza i kaktusy, które rosną w suchym, gorącym klimacie, wykorzystują zmodyfikowane procesy wiązania węgla do produkcji cukrów, takie jak szlaki C4 i CAM. Te adaptacje klimatyczne zmniejszają fotooddychanie – proces, w którym enzym rubisco wiąże O2 i spala cukier, zamiast wytwarzać go przez wiązanie CO2 . Instalacje CAM i C4 oddzielają wiązanie CO2 i syntezę glukozy w czasie lub przy użyciu wyspecjalizowanych przedziałów komórkowych dla obu procesów.
