Rastline si iz anorganskih spojin sami ustvarijo hrano s postopkom, imenovanim fotosinteza, ki poteka v listih. Sestavine, potrebne za fotosintezo, so svetloba, voda in ogljikov dioksid. Na hitrost fotosinteze bo vplivala količina teh sestavin, ki so na voljo, in temperatura. Končni produkti fotosinteze so kisik, ki ga rastline sproščajo, in ogljikovi hidrati, ki postanejo rastlinski vir energije. Na osnovi osnovne strukture glukoze rastline s fotosintezo ustvarjajo tudi več kompleksnih kemikalij na osnovi ogljika, ki so bistvene za njihovo rast in preživetje.
Najprej se voda, absorbirana skozi korenine, dvigne do listov in vstopi v posebne celice, imenovane kloroplasti. Te celice vsebujejo klorofil, zeleni pigment, ki daje listi barvo z odsevom zelenih valovnih dolžin. Še pomembneje pa je, da klorofil absorbira svetlobo v rdečih in modrih delih spektra in jo uporablja za pogon ključne kemijske reakcije. Znotraj kloroplasta molekule klorofila absorbirajo en foton svetlobe in v zameno za elektron. Sledi vrsta kemičnih reakcij, ki na koncu nadomestijo izgubljeni elektron iz molekul vode v listu. Pri tem se atom kisika v vodi loči od atomov vodika in izpade kot odpadek. Preostali vodik se zbere in sčasoma sintetizira v molekulo ogljikovih hidratov.
Postopek, ki ustvari dejansko hrano za rastlino, ne zahteva svetlobe, zato se imenuje temna reakcija. V drugem delu lista, imenovanem stroma, se ogljikov dioksid, ki se absorbira iz okolja, pretvori v ogljik in kisik. Ponovno je dovoljeno, da kisik uhaja, vendar se ogljik združi s končnim produktom vodika prvega postopka in tvori preprost sladkor. Te lahko kombiniramo ali spremenimo, da dobimo skoraj katero koli organsko spojino, ki jo rastlina potrebuje, bodisi za strukturo ali prehrano.
Rastline svetlobne energije ne uporabljajo neposredno, temveč jo morajo pretvoriti v kemično energijo. Od svetlobe, ki zadene list, se le približno 5 odstotkov porabi za fotosintezo, od tega pa se le 30 do 50 odstotkov shrani kot kemična energija za celico. Kljub temu je fotosinteza ključnega pomena, ne samo za rastline, temveč za vse organizme, ki dihajo s kisikom, vključno z ljudmi. Znanstveniki verjamejo, da je ravno fotosinteza v zgodnjih zelenih rastlinah in algah ustvarila zemeljsko zračno atmosfero. Tudi danes rastline še naprej polnijo okolje in filtrirajo škodljivi ogljikov dioksid v kisik, ki ohranja življenje.