Fotosentez, hem bitkilerde hem de bazı bakterilerde meydana gelen çok parçalı bir biyokimyasal süreçtir. Glikoz üretmek için karbondioksit ve güneş enerjisini yakalar. Glikoz, kimyasal enerjiyi karbonhidrat şeklinde depolar. Fotosentezin genel biyokimyasal formülü 6 CO₂ + 6 H₂O + ışık enerjisi → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Fotosentez, oksijeni atmosfere serbest bırakır ve Dünya'nın atmosferik oksijen içeriğini korumaktan büyük ölçüde sorumludur.

Fotosentetik reaksiyonlar, bitki hücresindeki özel membran kapalı bölmeler olan kloroplastlarda meydana gelir. Kloroplastlar, sikke benzeri tilakoid yığınlarından oluşur. Böyle bir yığına granum denir. Tilakoid membranlar, bitkilere ve özellikle yapraklarına yeşil renk veren yeşil bir pigment olan klorofil ile zenginleştirilmiştir. Klorofil molekülü, ışık enerjisini mor-mavi ve turuncu ve kırmızı dalga boylarından fotonlar şeklinde emer. Fotonlar, ATP ve NADPH üreten Fotosistem II ve Fotosistem I reaksiyonlarına güç veren bir kaskad başlatır. Bu iki molekül daha sonra karmaşık karbonhidratlar üretmek için kloroplastın stromasında meydana gelen kalvin döngüsünün ışıktan bağımsız reaksiyonlarını güçlendirmek için kullanılır.

Kuru, sıcak iklimlerde yetişen mısır ve kaktüsler gibi bazı bitkiler, C₄ ve CAM yolları gibi şekerler üretmek için modifiye karbon sabitleme işlemleri kullanır. Bu iklim uyarlamaları, rubisco enziminin O₂ 'u bağladığı ve CO₂' u bağlayarak üretmek yerine şekeri yaktığı fotorespirasyonu azaltır. CAM ve C4 tesisleri, CO₂ fiksasyonunu ve glikoz sentezini zaman içinde veya her iki işlem için de özel hücre bölmeleri kullanarak ayırır.