به تبدیل انرژی نور خورشید به انرژی شیمیایی از طریق بافت‌های زنده «فتوسنتز» (Photosynthesis) گفته میشود. در بیشتر موارد، مواد خام مورد نیاز چنین فرایندی آب و دی‌اکسید کربن به شمار می‌رود؛ همچنین منبع اولیه انرژی، نور خورشید و محصول نهایی اکسیژن و کربوهیدرات‌ها (برای مثال نشاسته و قند) هستند.
البته چند دسته از باکتری‌ها هستند که در فتوسنتز آن‌ها، اکسیژن تولید نمی‌شود. فتوسنتز، مسلما مهم‌ترین واکنش بیوشیمیایی است، زیرا تقریبا تمام حیات به آن وابسته است. این فرآیند پیچیده در گیاهان اساسی، «فیتوپلانگتون‌ها» (phytoplankton)، جلبک‌ها و حتی باکتری‌هایی مانند «ساینو باکتری» (cyanobacteria) رخ می‌دهد.
بافت‌های فتوسنتزی نیز به عنوان «فتواتوتروف» (photoautotroph) شناخته می‌شوند، زیرا غذا را به طور مستقیم از ترکیبات معدنی با انرژی نور تولید می‌کنند. در گیاهان سبزرنگ و جلبک‌ها ، فتوسنتز در بخش‌های سلولی خاص به نام «کلرورپلاست» (chloroplast) رخ می‌دهد. در باکتری‌های فتوسنتز، که فاقد بخش‌های ترکیبات غشایی هستند، واکنش‌ها به طور مستقیم در سلول انجام میشود.
عملکرد اساسی فتوسنتز در «بیوسفر» (biosphere) – قسمت قابل زندگی کره زمین – نشان دهنده وابستگی حیات همه موجودات زنده به آن است. اگرچه اکسیژن به عنوان محصول اضافی فتوسنتز تعریف می‌گردد، اکثر موجودات زنده از جمله گیاهان، از اکسیژن برای تنفس سلولی استفاده می‌کنند. علاوه بر این، «هتروفهایی» (heteroph) که شامل حیوانات، قارچ‌ها و اکثر باکتری‌ها هستند قادر به ادغام ترکیبات ارگانیک از منابع غیر ارگانیک نیستند و باید (مستقیم یا غیر مستقیم) گیاهان و دیگر «آتوتروف‌ها» (autotroph) را مصرف کنند تا زیرمجموعه‌های ارگانیک لازم برای رشد و پیشرفت به دست آید.
به نظر می‌رسد اجداد بسیاری از گونه‌های کنونی نتیجه پاسخ به «فاجعه‌ی اکسیژنی» (oxygen catastrophe) باشند؛ در واقع یک تغییر زیست‌محیطی عظیم در حدود 2.4 میلیارد سال پیش رخ داده است. گویا در آن زمان شکل زندگی تکاملی قابلیت‌های فتوسنتزی را توسعه داده و شروع به تولید اکسیژن مولکولی در مقادیر زیادی کرده است؛ این تغییرات در نهایت موجب بحران زیست‌محیطی شد، زیرا اکسیژن برای موجودات بی‌هوازی (نوع غالب در آن دوره) سمی بود. علاوه بر بحران موجودات بی‌هوازی، دوره افزایش میزان اکسیژن فرصت بزرگی را برای آن دسته از گونه‌های زندگی فراهم می‌کند که می‌توانند از گاز تازه به میزان زیادی به عنوان منبع قدرتمند انرژی متابولیک استفاده کنند.
زندگی تا زمانی که اکسیژن زیادی در دسترس بوده است، محدود بود. به طور عمده این پیشرفت در تکامل متابولیکی، منبع انرژی آزاد را برای موجودات زنده افزایش داد. امروزه بیش از 1017 کیلوکالری انرژی آزاد در سال توسط فتوسنتز در کره زمین ذخیره میشود که مربوط به «تثبیت» (fixation) بیش از 1010 تن کربن در کربوهیدرات‌ها و سایر ترکیبات آلی است.
بررسی اجمالی واکنش‌ها
در اصطلاح شیمیایی، فتوسنتز نمونه‌ای از فرآیند «اکسایش – کاهش» (oxidation-reduction) است. در گیاهان، فتوسنتز از انرژی نور برای اکسیداسیون آب (به عنوان مثال حذف الکترون‌ها) برای تولید اکسیژن مولکولی، یون‌های هیدروژنی و الکترون‌ها استفاده می‌کند. بیشتر یون‌های هیدروژن و الکترون‌ها به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌شوند تا (به عنوان مثال، الکترون‌ها را جذب می‌کند) به محصولات ارگانیک تبدیل شوند.
به طور خاص، دی‌اکسید کربن به منظور تولید فسفات سه‌گانه (G3P) کاهش می‌یابد که به طور کلی محصول اصلی فتوسنتز محسوب میشود. همچنین این ماده می‌تواند به عنوان ماده مغذی مورد استفاده قرار گیرد یا واسطه‌ی تولید تولید قندهای «مونو ساکارید» (monosaccharide)، مانند «گلوکز» (glucose) باشد. گلوکز نیز می‌تواند به سایر سلول‌ها منتقل شود یا برای ذخیره‌سازی به عنوان یک «پلی ساکارید« (polysaccharide) نامحلول مانند نشاسته بسته‌بندی گردد.
معادله شیمیایی کلی برای فتوسنتز عموما به صورت ساده زیر بیان میشود: