La photosynthèse est un processus biologique par lequel l'énergie contenue dans la lumière est convertie en énergie chimique de liaisons entre les atomes qui alimentent les processus au sein des cellules. C'est la raison pour laquelle l'atmosphère terrestre et les mers contiennent de l'oxygène. La photosynthèse se produit aujourd'hui dans une variété d'organismes unicellulaires ainsi que dans les cellules végétales (dans des organites spécialisés appelés chloroplastes). Il y a deux étapes de la photosynthèse: les réactions lumineuses et les réactions sombres.
Comparé aux sucres tels que le glucose, le dioxyde de carbone (CO2) est un composé chimique à faible énergie. Le CO2 est fortement « oxydé » par rapport à un glucose, qui est plus « réduit ». Lorsqu'un composé chimique, comme le CO2 gagne électrons, il devient moins oxydé et plus réduit, ce qui signifie qu'il contient plus d'énergie qui peut être utilisée dans cellules. En fait, les électrons sont ce qui détient l'énergie chimique. Ainsi, au fur et à mesure que les molécules de CO2 sont modifiées chimiquement, les atomes de carbone se rejoignent, formant du glucose, qui est plus réduit et retient donc plus d'énergie. Alors que les électrons utilisés pour fabriquer le glucose proviennent des réactions lumineuses de la photosynthèse, la synthèse du glucose, à l'aide de ces électrons, a lieu lors des réactions sombres.
Au cours des réactions lumineuses de la photosynthèse, la lumière du soleil est captée par une série de réactions impliquant la chlorophylle chimique. Il en résulte la synthèse de deux composés chimiques à haute énergie: l'ATP et le NADPH, ce dernier dont l'énergie chimique est détenue par des électrons qui peuvent être facilement transférés à d'autres composés. Cet ensemble de réactions nécessite de l'eau (H2O) à partir de laquelle de l'oxygène est libéré au cours du processus. L'ATP et le NADPH sont ensuite utilisés pour produire du glucose à partir du CO2 dans la phase suivante de la photosynthèse, les réactions sombres.