Fotosystemen gebruiken licht om een elektron van energie te voorzien, dat vervolgens wordt gebruikt in een elektronentransportketen om hoogenergetische moleculen te creëren voor gebruik in de donkere reacties van fotosynthese. Dergelijke reacties staan bekend als fotofosforylering en vormen de lichtreactiefase van fotosynthese.
Fotosystemen zijn complexe arrangementen van chlorofyl a met andere pigmenten, waaronder chlorofyl b, xanthofylen en carotenoïden, die lichtenergie opvangen om een elektron te activeren dat uit water is verwijderd molecuul. In planten bevinden fotosystemen zich in het thykaloïde membraan in de chloroplast. Er zijn twee soorten fotosystemen geïdentificeerd, namelijk fotosysteem I en fotosysteem II.
P680 is de vorm van chlorofyl die wordt gebruikt in fotosysteem I, en het elektron wordt getransporteerd van de pigmenten naar een ferredoxine-eiwit. Planten hebben naast fotosysteem II ook fotosysteem I.
P700 is de vorm van chlorofyl die wordt gebruikt in fotosysteem II en het elektron wordt getransporteerd naar een plastochinonmolecuul. Veel fotosynthetische bacteriën hebben alleen fotosysteem II. Cyanobacteriën zijn een opmerkelijke uitzondering met beide soorten fotosystemen.
Bij cyclische fotofosforylering wordt het geactiveerde elektron dat door het fotosysteem wordt vrijgegeven en in de elektronentransportketen wordt gebruikt, teruggevoerd naar fotosysteem I. Dit proces produceert ATP.
Bij niet-cyclische fotofosforylering gaat het elektron van fotosysteem II door een reeks reacties naar fotosysteem I, dat het elektron opnieuw activeert met behulp van licht voor een andere reeks reacties. Het elektron wordt niet teruggestuurd naar de fotosystemen en er ontstaat NADPH.