פוטוסינתזה היא תהליך ביולוגי שבו אנרגיה הכלולה באור מומרת לאנרגיה כימית של קשרים בין אטומים שמעבירים תהליכים בתוך תאים. זו הסיבה שהאטמוספירה והים של כדור הארץ מכילים חמצן. פוטוסינתזה מתרחשת כיום במגוון אורגניזמים חד תאיים וכן בתאי צמח (באברונים מיוחדים הנקראים כלורופלסטים). ישנם שני שלבים של פוטוסינתזה: תגובות האור והתגובות החשוכות.
בהשוואה לסוכרים כמו גלוקוז, פחמן דו חמצני (CO2) הוא תרכובת כימית בעלת אנרגיה נמוכה. CO2 מאוד "מחומצן" בהשוואה לגלוקוז, שהוא "מופחת" יותר. כאשר תרכובת כימית, כגון CO2 עולה אלקטרונים, זה הופך להיות פחות מחומצן ומופחת יותר, וזה אומר שהוא מחזיק יותר אנרגיה שניתן להשתמש בה תאים. למעשה, האלקטרונים הם המחזיקים באנרגיה הכימית. לפיכך, כאשר משתנים מולקולות CO2 בצורה כימית, אטומי פחמן מחוברים זה לזה ויוצרים גלוקוז, המופחת יותר וכך מחזיק יותר אנרגיה. בעוד שהאלקטרונים המשמשים לייצור גלוקוז מגיעים מתגובות האור של הפוטוסינתזה, הסינתזה של גלוקוז, באמצעות אלקטרונים אלה, מתרחשת במהלך התגובות החשוכות.
במהלך תגובות האור של הפוטוסינתזה, האור מהשמש נלכד באמצעות סדרת תגובות הקשורות לכלורופיל הכימי. התוצאה היא סינתזה של שתי תרכובות כימיות בעלות אנרגיה גבוהה: ATP ו- NADPH, זו האחרונה שהאנרגיה הכימית שלה מוחזקת על ידי אלקטרונים הניתנים להעברה בקלות לתרכובות אחרות. קבוצה זו של תגובות דורשת מים (H2O) מהם משתחרר חמצן במהלך התהליך. ATP ו- NADPH משמשים לאחר מכן לייצור גלוקוז מ- CO2 בשלב הבא של הפוטוסינתזה, התגובות הכהות.