Tumbuhan membuat makanannya sendiri dari senyawa anorganik melalui proses yang disebut fotosintesis yang terjadi di daun. Bahan-bahan yang diperlukan untuk fotosintesis adalah cahaya, air, dan karbon dioksida. Laju fotosintesis akan dipengaruhi oleh jumlah bahan-bahan yang tersedia, serta suhu. Produk akhir fotosintesis adalah oksigen, yang dilepaskan tanaman, dan karbohidrat, yang menjadi sumber energi tanaman. Membangun struktur dasar glukosa, tanaman juga menggunakan fotosintesis untuk membuat beberapa bahan kimia berbasis karbon yang lebih kompleks yang penting untuk pertumbuhan dan kelangsungan hidup mereka.
Pertama, air yang diserap melalui akar naik ke daun dan memasuki sel khusus yang disebut kloroplas. Sel-sel ini mengandung klorofil, pigmen hijau yang memberi warna pada daun dengan memantulkan panjang gelombang hijau. Lebih penting lagi, klorofil menyerap cahaya di bagian spektrum merah dan biru dan menggunakannya untuk menggerakkan reaksi kimia yang penting. Di dalam kloroplas, molekul klorofil menyerap satu foton cahaya dan ditukar dengan elektron. Serangkaian reaksi kimia berikut, yang akhirnya menggantikan elektron yang hilang dari molekul air di daun. Dalam prosesnya, atom oksigen di dalam air terpisah dari atom hidrogen dan keluar sebagai limbah. Hidrogen yang tersisa dikumpulkan dan akhirnya disintesis menjadi molekul karbohidrat.
Proses yang menciptakan makanan sebenarnya bagi tumbuhan tidak memerlukan cahaya, sehingga disebut reaksi gelap. Di bagian lain daun yang disebut stroma, karbon dioksida yang telah diserap dari lingkungan direduksi menjadi karbon dan oksigen. Sekali lagi, oksigen dibiarkan keluar, tetapi karbon bergabung dengan produk akhir hidrogen dari proses pertama untuk membentuk gula sederhana. Ini dapat dikombinasikan atau dimodifikasi untuk menghasilkan hampir semua senyawa organik yang mungkin dibutuhkan tanaman, baik untuk struktur atau nutrisi.
Tumbuhan tidak menggunakan energi cahaya secara langsung, tetapi harus mengubahnya menjadi energi kimia. Dari cahaya yang mengenai daun, hanya sekitar 5 persen yang digunakan untuk fotosintesis, dan dari jumlah itu, hanya 30 hingga 50 persen yang disimpan sebagai energi kimia untuk sel. Namun, fotosintesis adalah proses penting, tidak hanya untuk tanaman, tetapi untuk semua organisme yang menghirup oksigen, termasuk manusia. Para ilmuwan percaya bahwa fotosintesis pada tumbuhan hijau awal dan ganggang yang menciptakan atmosfer bumi untuk bernapas. Bahkan saat ini, tanaman terus mengisi kembali lingkungan, menyaring karbon dioksida yang berbahaya menjadi oksigen yang menopang kehidupan.