Pour produire du glucose, les plantes doivent capter suffisamment d’énergie lumineuse. De nombreuses plantes modernes ont développé des feuilles spécialisées pour se procurer de la lumière. Les feuilles peuvent avoir une largeur de seulement quelques millimètres ou de plusieurs dizaines de mètres, selon l’environnement. En raison de la rivalité pour la lumière du soleil, l’évolution a conduit au développement de feuilles de plus en plus grandes et de plantes de plus en plus hautes, pour éviter l’ombrage de leurs voisines avec l’élaboration contaminante de l’architecture racinaire et des mécanismes pour transporter de l’eau et des nutriments.

Étant donné que les feuilles les plus grandes sont plus exposées à la perte d’eau, les feuilles les plus grandes se trouvent généralement chez les plantes où les précipitations sont abondantes. Dans les environnements les plus secs, les chloroplastes des succulentes se trouvent dans la tige de la plante, minimisant l’évaporation. L’orientation des feuilles vers le soleil peut également influencer l’acquisition de la lumière. Dans des environnements exceptionnellement ensoleillés, les feuilles orientées horizontalement sont sensibles à une déshydratation excessive. Dans ces environnements, comme ceux des prairies, les feuilles peuvent être orientées verticalement pour intercepter la lumière lorsque le soleil est bas dans le ciel, réduisant ainsi les dommages provoqués par le soleil.

L’interception de la lumière peut également être optimisée par le positionnement des feuilles de plantes par rapport à la tige ; l’arrangement des feuilles sur une tige est appelé phyllotaxie. La phyllotaxie alterne décrit le cas de figure dans lequel une seule feuille émerge d’une seule position sur la tige. Certaines plantes démontrent une phyllotaxie opposée, dans laquelle deux feuilles émergent dans des directions opposées à partir du même endroit. La phyllotaxie est verticillée lorsque plusieurs feuilles émergent du même point sur une tige. L’hormone végétale auxine contrôle le motif dans lequel les feuilles émergent de la tige de la plante.

L’indice de surface foliaire (LAI pour Leaf Area Index) représente l’efficacité avec laquelle la lumière est captée. En mesurant la surface horizontale unilatérale des feuilles d'une plante et en la divisant par la surface horizontale du sol que la plante couvre, on obtient un ratio. En règle générale, un LAI plus élevé indique que la lumière est captée plus efficacement. Toutefois, un LAI supérieur à sept semble provoquer l’ombrage et l’élagage des feuilles inférieures, sans avoir d'effet supplémentaire sur l'acquisition de la lumière. Dans la pratique, la mesure du LAI est souvent réalisée par l’imagerie par satellite et elle est utilisée pour mesurer la productivité d’un écosystème.