Rośliny wytwarzają własne pożywienie ze związków nieorganicznych w procesie zwanym fotosyntezą, który zachodzi w liściach. Składniki niezbędne do fotosyntezy to światło, woda i dwutlenek węgla. Na szybkość fotosyntezy wpłynie ilość dostępnych składników, a także temperatura. Produktami końcowymi fotosyntezy są tlen uwalniany przez rośliny oraz węglowodany, które stają się dla roślin źródłem energii. Opierając się na podstawowej strukturze glukozy, rośliny wykorzystują fotosyntezę do tworzenia kilku bardziej złożonych związków chemicznych opartych na węglu, niezbędnych do ich wzrostu i przetrwania.
Najpierw woda wchłonięta przez korzenie unosi się do liści i wchodzi do specjalnych komórek zwanych chloroplastami. Komórki te zawierają chlorofil, zielony pigment, który nadaje liściom kolor poprzez odbijanie zielonych długości fal. Co ważniejsze, chlorofil pochłania światło w czerwonej i niebieskiej części widma i wykorzystuje je do napędzania kluczowej reakcji chemicznej. Wewnątrz chloroplastu cząsteczki chlorofilu absorbują pojedynczy foton światła w zamian za elektron. Następuje seria reakcji chemicznych, które ostatecznie zastępują utracony elektron z cząsteczek wody w liściu. W tym procesie atom tlenu w wodzie oddziela się od atomów wodoru i wychodzi jako odpad. Pozostały wodór jest zbierany i ostatecznie syntetyzowany w cząsteczkę węglowodanu.
Proces, który tworzy właściwy pokarm dla rośliny, nie wymaga światła, więc nazywa się to ciemną reakcją. W innej części liścia, zwanej zrębem, dwutlenek węgla, który został wchłonięty ze środowiska, jest redukowany do węgla i tlenu. Ponownie tlen może uciec, ale węgiel łączy się z wodorowym produktem końcowym pierwszego procesu, tworząc cukier prosty. Można je łączyć lub modyfikować w celu wytworzenia prawie każdego związku organicznego, którego roślina może potrzebować, zarówno do budowy, jak i odżywiania.
Rośliny nie wykorzystują bezpośrednio energii świetlnej, ale muszą ją przekształcić w energię chemiczną. Ze światła, które dociera do liścia, tylko około 5 procent jest wykorzystywane do fotosyntezy, a tylko 30 do 50 procent zostaje zmagazynowane jako energia chemiczna dla komórki. Mimo to fotosynteza jest ważnym procesem nie tylko dla roślin, ale dla wszystkich organizmów oddychających tlenem, w tym ludzi. Naukowcy uważają, że to fotosynteza wczesnych zielonych roślin i alg stworzyła ziemską atmosferę do oddychania. Nawet dzisiaj rośliny nadal uzupełniają środowisko, filtrując szkodliwy dwutlenek węgla w tlen podtrzymujący życie.