光合作用是植物和某些蓝藻通过绿色植物体细胞中的叶绿体把太阳能转化为化学能的过程。在这一过程中，光合色素分子中的氯吸收光子，并把能量传递到反应中心，随后可以在反应中心中将二氧化碳（CO2）和水（H2O）转化为有机化合物，并生成氧气（O2）。
在光合作用中，叶绿体内的光合色素分子分布在薄膜上，被命名为光合膜。光合膜内部存在两类光合色素：反应中心和色素分子复合物。反应中心是一个富含氯的结构，可以让光子能在这里产生电子——这个过程就是光反应。在反应中心中，光子被吸收并电子从D1到D2传递，产生一对带正电荷和负电荷的激子。在激子的作用下，叶绿体内电荷分布的平衡被打破，进而导致了光电子传递的发生。
在接下来的暗反应中，激发过的电子被推向反应中心周围的载体通道，逐渐失去能量，然后与二氧化碳结合达到最终转化成有机化合物的目的。这个过程是由一组酶和其他酶促反应组成的。在暗反应中，最重要的是光气化作用和卡尔文循环，其过程包括碳浓度机制（C4和CAM途径）以及其他辅助反应。这个过程中，是细胞的核控制和支持的，确保整个作用以最佳状态进行。