צמחים וצמחייה מכסים כ -20% משטח כדור הארץ והם חיוניים להישרדותם של בעלי חיים. צמחים מסנתזים אוכל באמצעות פוטוסינתזה. במהלך תהליך זה, הפיגמנט הירוק בצמחים לוכד את אנרגיית אור השמש והופך אותו לסוכר, ומעניק לצמח מקור מזון.
לתאים בעלים של צמחים יש מבנים מיוחדים הנקראים כלורופלסטים. פוטוסינתזה מתרחשת בתוך מבנים אלה באמצעות פיגמנט מיוחד (כלורופיל), הלוכד אנרגיה מאור השמש. פוטוסינתזה דורשת כמה כימיקלים נוספים ומייצרת גם מוצרי פסולת. המשוואה הכימית הבסיסית לפוטוסינתזה היא:
גלוקוז הוא סוכר פשוט המכיל שישה אטומי פחמן, 12 אטומי מימן ושישה אטומי חמצן. גם צמחים ובעלי חיים משתמשים במולקולה זו כדי ליצור אנרגיה, מה שהופך אותה לחיונית לחיים על פני כדור הארץ. כאשר צמח מבצע פוטוסינתזה, הוא זקוק למקור של פחמן, מימן וחמצן כדי לייצר גלוקוז, והוא מקבל את האלמנטים הללו מסביבתו. כדי ליצור מולקולה אחת של גלוקוז, הצמח צריך לקלוט שש מולקולות של פחמן דו חמצני ושש מולקולות של מים. זה משאיר שישה אטומי חמצן חופשיים, המשתחררים כפסולת.
פחמן דו חמצני מהווה 0.04 אחוז מהגזים באטמוספירה של כדור הארץ. מולקולות פחמן דו חמצני, אחד מאבני הבניין של גלוקוז, מורכבות מאטום פחמן אחד ושני אטומי חמצן. ניסויים פשוטים מוכיחים כי הגבלת החשיפה של צמח לפחמן דו חמצני מפחיתה באופן דרסטי את יכולתו לבצע פוטוסינתזה. לעומת זאת, הגדלת חשיפת הצמח לפחמן דו חמצני יכולה להגדיל את קצב הפוטוסינתזה. חממות מסחריות מנצלות עובדה זו על ידי הגדלת הזמינות של פחמן דו חמצני כדי להאיץ את צמיחת הצמחים.
חמצן מהווה כ- 21 אחוזים מהאטמוספירה של כדור הארץ. צמחים דורשים מימן לצורך ביצוע פוטוסינתזה בנוכחות גז פחמן דו חמצני. המקור הנפוץ ביותר של מימן על פני כדור הארץ הוא מים, ומולקולה זו מכילה שני אטומי מימן אך גם אטום חמצן אחד. צמחים קולטים מים מסביבתם כדי להשיג את המימן הדרוש. אולם אין צורך באטום החמצן הנוסף במולקולת המים ולכן הוא משוחרר כמוצר פסולת לאטמוספרה.