La photosynthèse commence par l'absorption de la lumière solaire par les pigments chlorophylliens situés dans les chloroplastes. La chlorophylle est le principal de ces pigments et elle est cruciale pour capturer la lumière, particulièrement dans les longueurs d'onde rouges et bleues, mais elle reflète la lumière verte, ce qui explique la couleur des feuilles. D'autres pigments comme les caroténoïdes jouent également un rôle en absorbant différentes longueurs d'onde de la lumière qui ne sont pas absorbées par la chlorophylle.

Les réactions photochimiques, ou phase lumineuse de la photosynthèse, se déroulent dans les thylakoïdes des chloroplastes. La lumière capturée par la chlorophylle excite les électrons qui sont ensuite transférés à travers une chaîne de transport d'électrons. Ce processus mène à la formation d'ATP et de NADPH, des molécules riches en énergie nécessaires pour la suite de la photosynthèse. En parallèle, l'eau est scindée, libérant de l'oxygène dans l'atmosphère.

Le cycle de Calvin, ou phase sombre de la photosynthèse, se déroule dans le stroma des chloroplastes. Ce processus utilise l'ATP et le NADPH produits lors des réactions photochimiques pour fixer le dioxyde de carbone et synthétiser le glucose. Le cycle commence par la fixation du CO2 sur une molécule de ribulose bisphosphate (RuBP), catalysée par l'enzyme RuBisCO. À travers une série de transformations, il produit finalement du G3P, qui servira à la synthèse de glucose et d'autres glucides nécessaires à la plante.