Le cellule vegetali eseguono le reazioni chiare e scure della fotosintesi, compresa la sintesi dello zucchero, il glucosio, in soli 30 secondi. Ancora più sorprendentemente, le foglie di spinaci esposte a un lampo di luce possono formare precursori di glucosio a 3-carboni stabili in soli cinque secondi.
I biologi dividono la fotosintesi in due fasi: le reazioni di luce, che fanno uso diretto della luce solare, e le reazioni oscure, che possono verificarsi in assenza di luce. Nelle piante, la fotosintesi si svolge in organi specializzati chiamati cloroplasti, che usano l'energia solare per innescare una reazione dalla clorofilla chimica. Le molecole d'acqua vengono separate durante questa reazione, che genera ossigeno come sottoprodotto. Le cellule vegetali usano questo flusso di elettroni per creare un gradiente protonico, che consente loro di generare il vettore ATP e di ridurre il NADP al NADPH; questo segna la fine delle reazioni alla luce.
Le reazioni oscure sono a volte denominate Ciclo Calvin, dal nome di Melvin Calvin, lo scienziato che le scoprì negli anni '40. Queste reazioni avvengono nello stoma o nella matrice del cloroplasto, a differenza delle reazioni alla luce, che avvengono lungo la membrana tilacoide. Il cloroplasto utilizza l'ATP e il NADPH generati nelle reazioni di luce insieme all'acqua per fissare il biossido di carbonio a uno zucchero chiamato bisolfato di ribosio. Sei turni del ciclo Calvin sono necessari per generare uno zucchero a sei carbonio come il glucosio.
