Chociaż strukturalnie podobny do fotosystemu II (PSII), fotosystem I (PSI) ma innego dostawcę elektronów i akceptor elektronów.
Oba te fotosystemy współpracują ze sobą. Wzbudzony elektron z PSII jest przekazywany do PSI za pośrednictwem łańcucha transportu elektronów w błonie tylakoidowej chloroplastu, który składa się z cząsteczki nośnej plastochinonu, dwubiałkowego kompleksu cytochromów i plastocyjaniny. Gdy elektrony przemieszczają się między PSII i PSI, tracą energię i muszą być ponownie zasilane przez PSI. W rezultacie, kolejny foton jest absorbowany przez pigmenty kompleksu antenowego PSI i przekazywany do centrum reakcji PSI o nazwie P700. P700 jest utleniany i wysyła wysokoenergetyczny elektron do NADP+, tworząc NADPH. Tak jak PSII przechwytuje energię w celu wytworzenia gradientów protonów w celu wytworzenia ATP, PSI przechwytuje energię w celu redukcji NADP+ do NADPH.
Po tym, jak energia słoneczna zostanie zamieniona na energię chemiczną w postaci cząsteczek ATP i NADPH, komórka ma paliwo potrzebne do budowy cząsteczek węglowodanów do długotrwałego magazynowania energii w zrębie chloroplastu.