Τα φωτοσυστήματα χρησιμοποιούν φως για να ενεργοποιήσουν ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται σε μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων για τη δημιουργία μορίων υψηλής ενέργειας για χρήση στις σκοτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης. Τέτοιες αντιδράσεις είναι γνωστές ως φωτοφωσφορυλίωση και αποτελούν το στάδιο της ελαφριάς αντίδρασης της φωτοσύνθεσης.
Τα φωτοσυστήματα είναι πολύπλοκες διευθετήσεις της χλωροφύλλης α με άλλες χρωστικές, συμπεριλαμβανομένης της χλωροφύλλης β, xanthophylls και carotenoids, τα οποία συλλαμβάνουν ελαφριά ενέργεια για να ενεργοποιήσουν ένα ηλεκτρόνιο που αφαιρείται από το νερό μόριο. Στα φυτά, τα φωτοσυστήματα βρίσκονται στη μεμβράνη του θυλοκαλιδίου εντός του χλωροπλάστη. Δύο τύποι φωτοσυστημάτων έχουν αναγνωριστεί ως φωτοσύστημα Ι και φωτοσύστημα II.
Το P680 είναι η μορφή χλωροφύλλης που χρησιμοποιείται στο φωτοσύστημα Ι και το ηλεκτρόνιο μεταφέρεται από τις χρωστικές σε μια πρωτεΐνη φερρεδοξίνης. Τα φυτά έχουν το φωτοσύστημα I εκτός από το φωτοσύστημα II.
Το P700 είναι η μορφή της χλωροφύλλης που χρησιμοποιείται στο φωτοσύστημα II και το ηλεκτρόνιο μεταφέρεται σε ένα μόριο πλαστοκινόνης. Πολλά φωτοσυνθετικά βακτήρια έχουν μόνο το φωτοσύστημα II. Τα κυανοβακτήρια είναι μια αξιοσημείωτη εξαίρεση που έχει και τους δύο τύπους φωτοσυστημάτων.
Στην κυκλική φωτοφωσφορυλίωση, το ενεργοποιημένο ηλεκτρόνιο που απελευθερώνεται από το φωτοσύστημα και χρησιμοποιείται στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων επιστρέφεται στο φωτοσύστημα Ι. Αυτή η διαδικασία παράγει ATP.
Σε μη κυκλική φωτοφωσφορυλίωση, το ηλεκτρόνιο περνά από το φωτοσύστημα II μέσω μιας σειράς αντιδράσεων στο φωτοσύστημα Ι, το οποίο ενεργοποιεί ξανά το ηλεκτρόνιο χρησιμοποιώντας φως για μια άλλη σειρά αντιδράσεων. Το ηλεκτρόνιο δεν επιστρέφεται στα φωτοσυστήματα και δημιουργείται το NADPH.