Le piante usano la clorofilla, un pigmento verde responsabile del colore della maggior parte delle piante, per assorbire la luce e produrre energia chimica utilizzabile attraverso la fotosintesi. Le molecole di carboidrati vengono create da acqua e anidride carbonica per immagazzinare l'energia chimica. Durante questo processo, l'ossigeno viene solitamente rilasciato.
I cloroplasti sono organuli cellulari che contengono proteine specializzate chiamate centri di reazione. I centri di reazione a loro volta contengono pigmenti clorofilla. Nelle piante, la maggior parte dei cloroplasti è contenuta nelle cellule fogliari, mentre nei batteri si trovano all'interno della membrana plasmatica. Ulteriori composti sono creati dalla fotosintesi, tra cui nicotinammide adenina dinucleotide fosfato e adenosina trifosfato. Questi composti sono coinvolti nel trasferimento di energia. Le alghe usano anche la clorofilla, ma molte specie dipendono da altri pigmenti, che forniscono alghe colori diversi dal verde.
Si ritiene che alcune delle prime forme di vita sulla Terra fossero fotosintetiche. I primi organismi fotosintetici probabilmente usarono idrogeno o idrogeno solforato invece dell'acqua per la donazione di elettroni che è essenziale nella fotosintesi. I cianobatteri hanno ipotizzato di aver contribuito alla maggior parte dell'ossigeno nella storia antica, rendendo possibile l'evoluzione della vita complessa. Gli organismi fotosintetici producono circa sei volte più energia di tutta la civiltà umana ogni anno. Circa da 100 a 115 milioni di tonnellate di carbonio sono convertiti in biomassa all'anno da questi organismi.
