التمثيل الضوئي هو عملية بيولوجية يتم من خلالها تحويل الطاقة الموجودة داخل الضوء إلى طاقة كيميائية للروابط بين الذرات التي تعمل على تشغيل العمليات داخل الخلايا. هذا هو السبب في احتواء الغلاف الجوي للأرض والبحار على الأكسجين. يحدث التمثيل الضوئي اليوم في مجموعة متنوعة من الكائنات وحيدة الخلية وكذلك في الخلايا النباتية (في عضيات متخصصة تسمى البلاستيدات الخضراء). هناك مرحلتان من مراحل التمثيل الضوئي: تفاعلات الضوء وردود الفعل المظلمة.
بالمقارنة مع السكريات مثل الجلوكوز ، فإن ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو مركب كيميائي منخفض الطاقة. يتأكسد ثاني أكسيد الكربون بدرجة عالية مقارنة بالجلوكوز ، والذي يكون "أقل". عندما يكتسب مركب كيميائي ، مثل ثاني أكسيد الكربون الإلكترونات ، تصبح أقل تأكسدًا وأكثر اختزالًا ، وهذا يعني أنها تحتوي على المزيد من الطاقة التي يمكن استخدامها فيها الخلايا. في الواقع ، الإلكترونات هي التي تحمل الطاقة الكيميائية. وهكذا ، عندما يتم تغيير جزيئات ثاني أكسيد الكربون كيميائيًا ، يتم ربط ذرات الكربون معًا ، مكونة الجلوكوز ، والذي يتم تقليله بشكل أكبر وبالتالي يحمل المزيد من الطاقة. في حين أن الإلكترونات المستخدمة في صنع الجلوكوز تأتي من تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، فإن تخليق الجلوكوز باستخدام هذه الإلكترونات يحدث أثناء التفاعلات المظلمة.
أثناء التفاعلات الضوئية لعملية التمثيل الضوئي ، يتم التقاط ضوء الشمس من خلال سلسلة من التفاعلات التي تتضمن مادة الكلوروفيل الكيميائية. ينتج عن هذا تخليق مركبين كيميائيين عاليي الطاقة: ATP و NADPH ، الأخير الذي يتم الاحتفاظ بطاقته الكيميائية بواسطة الإلكترونات التي يمكن نقلها بسهولة إلى مركبات أخرى. تتطلب هذه المجموعة من التفاعلات الماء (H2O) الذي ينطلق منه الأكسجين أثناء العملية. يتم استخدام ATP و NADPH لاحقًا لإنتاج الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون في المرحلة التالية من التمثيل الضوئي ، التفاعلات المظلمة.