צמחים מכינים את המזון שלהם מתרכובות אנאורגניות באמצעות תהליך הנקרא פוטוסינתזה המתרחש בעלים. המרכיבים הדרושים לפוטוסינתזה הם אור, מים ופחמן דו חמצני. קצב הפוטוסינתזה יושפע מכמות המרכיבים הללו, כמו גם מהטמפרטורה. תוצרי הקצה של הפוטוסינתזה הם חמצן, שהצמחים משחררים, ופחמימות, שהופכות למקור האנרגיה של הצמחים. בהתבסס על המבנה הבסיסי של הגלוקוז, צמחים משתמשים גם בפוטוסינתזה כדי ליצור כמה כימיקלים מורכבים יותר מבוססי פחמן החיוניים לצמיחתם ולהישרדותם.
ראשית, מים הנספגים דרך השורשים עולים לעלים ונכנסים לתאים מיוחדים הנקראים כלורופלסטים. תאים אלה מכילים כלורופיל, פיגמנט ירוק המעניק לעלים את צבעם באמצעות משקף אורכי גל ירוקים. חשוב מכך, כלורופיל סופג אור בחלקים האדומים והכחולים של הספקטרום ומשתמש בו להפעלת תגובה כימית מכריעה. בתוך הכלורופלסט, מולקולות כלורופיל סופגות פוטון יחיד של אור בתמורה לאלקטרון. סדרה של תגובות כימיות באה לאחר מכן, המחליפה בסופו של דבר את האלקטרון האבוד ממולקולות מים בעלה. בתהליך אטום החמצן במים נפרד מאטומי המימן ועובר כפסולת. מימן שנותר נאסף ובסופו של דבר מסונתז למולקולת פחמימות.
התהליך שיוצר את המזון בפועל עבור הצמח אינו דורש אור, ולכן זה נקרא תגובה אפלה. בחלק אחר של העלה הנקרא סטרומה, פחמן דו חמצני שנספג מהסביבה מצטמצם לפחמן וחמצן. שוב מותר לחמצן לברוח, אך הפחמן משתלב עם התוצר הסופי של המימן של התהליך הראשון ליצירת סוכר פשוט. אלה ניתן לשלב או לשנות כדי לייצר כמעט כל תרכובת אורגנית שהצמח עשוי להזדקק לה, בין אם לצורך מבנה או תזונה.
צמחים אינם משתמשים באנרגיית אור באופן ישיר, אלא חייבים להמיר אותה לאנרגיה כימית. מתוך האור הפוגע בעלה, רק כ -5 אחוזים משמשים לפוטוסינתזה, ומתוך כך רק 30 עד 50 אחוז מאוחסנים כאנרגיה כימית לתא. ובכל זאת, פוטוסינתזה היא תהליך חיוני, לא רק עבור צמחים, אלא עבור כל אורגניזמי נשימה חמצן, כולל בני אדם. מדענים מאמינים שזו הייתה פוטוסינתזה בצמחים ירוקים מוקדמים ובאצות שיצרו את האטמוספירה של הנשימה של כדור הארץ. גם כיום צמחים ממשיכים לחדש את הסביבה ומסננים פחמן דו חמצני מזיק לחמצן המקיים חיים.
