La fotosintesi è una multiparte, processo biochimico che si verifica nelle piante così come in alcuni batteri. Cattura l'anidride carbonica e l'energia solare per produrre glucosio. Il glucosio immagazzina energia chimica sotto forma di carboidrati. La formula biochimica complessiva della fotosintesi è 6 CO₂ , 6 H₂O , Energia luminosa , C_{6H 12}O₆ , 6 O₂. La fotosintesi rilascia ossigeno nell'atmosfera ed è in gran parte responsabile del mantenimento del contenuto atmosferico di ossigeno della Terra.

Le reazioni fotosintetiche si verificano nei cloroplasti, compartimenti specializzati racchiusi a membrana nella cellula vegetale. I cloroplasti sono costituiti da pile simili a monete di tilacoidi. Una di queste pile è chiamata granum. Le membranedei tilacoidi sono arricchite con clorofilla, un pigmento verde che dà alle piante e soprattutto alle loro foglie il loro colore verde. La molecola di clorofilla assorbe l'energia luminosa sotto forma di fotoni dalle lunghezze d'onda viola-blu e arancione e rosso. I fotoni avviano una cascata che alimenta le reazioni di Fotosistema II e Fotosistema I che producono ATP e NADPH. Queste due molecole vengono poi utilizzate per alimentare le reazioni indipendenti dalla luce del ciclo di calvino che si svolgono nello stroma del cloroplasto per produrre carboidrati complessi.

Alcune piante, come il mais e i cactus che crescono in climi secchi e caldi, utilizzano processi di fissazione del carbonio modificati per produrre zuccheri, come le vie C₄ e CAM. Questi adattamenti climatici riducono la fotorespirazione, un processo in cui l'enzima rubisco lega O₂ e brucia lo zucchero piuttosto che produrlo legando CO₂. Le piante CAM e C4 separano la fissazione di CO₂ e la sintesi del glucosio nel tempo, o utilizzando compartimenti cellulari specializzati per entrambi i processi.