La fotosintesi si svolge in due fasi: le reazioni alla luce e le reazioni scure. Le reazioni alla luce prendono il loro nome perché richiedono la presenza di luce diretta, mentre le reazioni scure non hanno la stessa condizione . Raramente si verificano reazioni leggere nelle pile di taloide nella grana, mentre le reazioni scure non lo fanno, anche se spesso si verificano anche durante il giorno.
Le reazioni luminose implicano la conversione della luce solare in energia chimica assumendo la forma di adenosina trifosfato (ATP) e nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADPH). La clorofilla nella pianta assorbe l'energia dalla luce, iniziando una sequenza di eventi che porta alla produzione di ATP, NADPH e ossigeno, con la scissione delle molecole di H2O. Gli stomi rilasciano ossigeno e gli altri due sottoprodotti producono zucchero come parte delle reazioni oscure.
Quando le reazioni scure sono pronte a prendere posto, l'anidride carbonica diventa zucchero con ATP e NADPH, in un processo chiamato ciclo di Calvin, o fissazione del carbonio. Questo ciclo ha tre fasi: fissazione, riduzione e rigenerazione del carbonio. Quando queste reazioni hanno luogo, la pianta è pronta per ricominciare il ciclo, consentendo alla pianta di continuare a convertire l'anidride carbonica in una sostanza utile.
