Fotosynteza to proces biologiczny, w którym energia zawarta w świetle zamieniana jest na energię chemiczną wiązań między atomami, które przetwarzają energię w komórkach. To jest powód, dla którego atmosfera Ziemi i morza zawierają tlen. Fotosynteza zachodzi obecnie w różnych organizmach jednokomórkowych, a także w komórkach roślinnych (w wyspecjalizowanych organellach zwanych chloroplastami). Istnieją dwa etapy fotosyntezy: reakcje jasne i reakcje ciemne.
W porównaniu do cukrów, takich jak glukoza, dwutlenek węgla (CO2) jest niskoenergetycznym związkiem chemicznym. CO2 jest silnie „utleniony” w porównaniu z glukozą, która jest bardziej „zredukowana”. Gdy związek chemiczny, taki jak CO2 zyskuje elektronów, staje się mniej utleniony i bardziej zredukowany, a to oznacza, że zawiera więcej energii, którą można wykorzystać w komórki. W rzeczywistości to elektrony przechowują energię chemiczną. Tak więc, gdy cząsteczki CO2 są zmieniane chemicznie, atomy węgla łączą się ze sobą, tworząc glukozę, która jest bardziej redukowana, a tym samym zawiera więcej energii. Podczas gdy elektrony wykorzystywane do produkcji glukozy pochodzą z jasnych reakcji fotosyntezy, synteza glukozy przy użyciu tych elektronów odbywa się podczas ciemnych reakcji.
Podczas lekkich reakcji fotosyntezy światło słoneczne jest wychwytywane przez szereg reakcji z udziałem chemicznego chlorofilu. Powoduje to syntezę dwóch wysokoenergetycznych związków chemicznych: ATP i NADPH, tego drugiego, którego energię chemiczną utrzymują elektrony, które można łatwo przenosić na inne związki. Ten zestaw reakcji wymaga wody (H2O), z której podczas procesu uwalniany jest tlen. ATP i NADPH są następnie wykorzystywane do produkcji glukozy z CO2 w kolejnej fazie fotosyntezy, czyli reakcjach ciemnych.