Es un proceso fotoquímico mediante el cual las plantas verdes, a partir del anhídrido carbónico y del agua, con auxilio de la energía luminosa del Sol, obtienen azúcares y otros materiales orgánicos con desprendimiento de oxígeno a la atmósfera. Comprende dos fases.
Fase luminosa. También recibe el nombre de fotofosforilación y consiste en la captación, por parte de la clorofila, carotinoides o ficobiliproteínas (pigmentos de ciertas algas), de la energía luminosa para ser transformada en energía química en forma de ATP.
Al término de la fase luminosa, en el organismo se han obtenido dos compuestos químicos: el aceptor de electrones —de gran poder reductor— NADP + (nicotinamida adenindinucleótido fosfato) y el ATP, rico en energía.
Es imprescindible, para el desarrollo de esta fase, una fuente externa de electrones, que procede de la fotolisis del agua, en las plantas verdes, o de otros compuestos capaces de sufrir la fotolisis, como el ácido sulfhídrico en las bacterias fotosintetizadoras, para reponer a la clorofila los electrones que va perdiendo.
Fase oscura. Así como la fase luminosa va asociada a las membranas tilacoidales de los cloroplastos, la fase oscura ocurre en el estroma y no precisa ni luz ni clorofila, sino que utiliza la energía química del ATP y el poder reductor del NADP+ para fijar el CO2 atmosférico, que se integra a moléculas orgánicas formando un círculo cerrado de nominado ciclo de Calvin en honor a su descubridor.