Bazı canlıların, karbon kaynağı olarak karbondioksidi; hidrojen kaynağı olarak da su ya da hidrojen sülfürü kullanarak klorofil gibi ışığı soğuran bir pigment tarafından tutulan güneş enerjisi yardımıyla organik besin üretmesine denir. Kısaca inorganik maddelerden organik madde sentezlenmesidir.
Fotosentez yapan canlılara fotoototrof canlılar veya fotosentetik canlılar denir. Bazı bakteriler, bazı protistalar ve bitkiler fotosentez yaparak ihtiyaç duyduğu besinleri oluşturabilir. Fotosentez sırasında kullanılan hidrojen kaynağına göre (su, hidrojen sülfür gibi) ortama oksijen, kükürt gibi gazlar salınır. Atmosferdeki oksijenin başlıca kaynağı fotosentezdir. Bu oksijenin önemli bölümünü sanılanın aksine bitkiler değil sucul ekosistemde yaşayan fotosentetik canlılar üretir.
Fotosentez üzerine yapılan çalışmalar 17. yüzyıla kadar uzanır. jan baptist van helmont'un söğüt ağacı deneyi de bu çalışmalardan biridir. Deneye göre Helmont 2,3 kilogram ağırlığındaki söğüt ağacını, daha önceden ağırlığını ölçtüğü kuru toprak içeren saksıya dikti ve 5 yıl boyunca bitkiyi sadece yağmur suyuyla suladı. 5 yılın sonunda ağaç 77 kilograma ulaştı ancak topraktan yaklaşık 0,5 kilogram azaldı. Helmont, Gazların varlığından haberdar olmadığı için bitkinin ağırlığını sudan kazandığını düşündü. Sonrasında gelen Priestley, İngenhousz, seneiber, engelmann, robert hill gibi bilim insanlarıyla birlikte fotosentezin varlığı ispatlandı.
Fotosentez; ökaryot canlılarda kloroplastlarda, prokaryotlarda ise sitoplazma ya da hücre zarında gerçekleşir. Kloroplastın içerisinde tilakoit adı verilen ince kesecikler bulunur. Bu keseciklerin üzerinde güneş ışığını soğuran klorofiller bulunur. Tilakoitler üst üste binerek granumları oluşturur. Kloroplastın içindeki Granumların bütününe ise grana adı verilir. Bunların tamamı da kloroplastın sıvı bölümünü oluşturan stromada bulunur. Kloroplast
Fotosentezin genel denklemi:
6co2 + 6h2o --> c₆h₁₂o₆ + 6o2
Fotosentez, ışığa bağımlı tepkimeler ve ışıktan bağımsız tepkimeler olmak üzere iki basamakta gerçekleşir. Işığa bağımlı tepkimeler, ökaryotlarda kloroplastların granalarında gerçekleşir. Önce su (su yerine hidrojen sülfür kullanılırsa açığa sülfür gazı çıkar.) fotolize (suyun ayrışması) uğrayarak ortama hidrojen iyonları, elektronlar ve oksijen bırakır. Oksijen atmosfere verilir. elektronlarsa klorofile aktarılır. Işıkla uyarılan klorofil de bu elektronları elektron taşıma sistemine (ets) verir. Elektronlar Ets'de bir dizi tepkimeye girerek atp (enerji) açığa çıkarır ve nadp denilen bir moleküle bağlanırlar. Daha sonra fotolizde açığa çıkan hidrojen iyonları da gelir ve nadp'ye bağlanarak nadph'yi oluşturur. Sonuçta açığa çıkan atp ve nadph ışıktan bağımsız tepkimelerde kullanılır. Özet görseli
Işıktan bağımsız tepkimelere calvin döngüsü adı da verilir. Ökaryot canlılarda stromada gerçekleşir. Bu Tepkimelerde enzimler kullanıldığından sıcaklık değişimine karşı hassastırlar (yüksek sıcaklık enzimin yapısını bozar.). Calvin döngüsü co2'nin tepkimeye girmesiyle başlar ve 3 karbonlu bir şeker olan pgal üretilmesiyle sonlanır. Işığa bağımlı tepkimelerde üretilen atp ve nadph burada harcanır. Ayrıntılı gösterim Sonuç olarak bu pgal canlının ihtiyacına göre glikoz, amino asit, yağ asidi, gliserol gibi farklı maddelere dönüşebilir.