A fotossíntese ocorre ao longo de duas etapas:

A fase fotoquímica (fase dependente da luz solar ou etapa clara), onde a luz é captada deixando os elétrons do fotossistema num estado excitado. Nesta mesma etapa, dá-se a fotólise da água (desdobramento das moléculas em prótons, elétrons e oxigênio devido à radiação). O hidrogênio (prótons) e os elétrons vão então intervir em sucessivas reações de oxirredução. Existe libertação do oxigênio, pois este composto não é necessário ao processo fotossintético, não interessando à planta.

A fase química, onde se observa um ciclo descoberto pelo bioquímico norte-americano Melvin Calvin. Nessa fase chamada de ciclo de Calvin, o carbono que provém do dióxido de carbono do ar é fixado e integrado numa molécula de hidrato de carbono (carboidrato). Desta fase resulta a formação de compostos orgânicos como a glicose, necessária à atividade da planta.

Plantas jovens consomem mais dióxido de carbono e libertam mais oxigénio, pois o carbono é incorporado a sua estrutura física durante o crescimento.

A clorofila é responsável pela absorção de energia luminosa que será utilizada numa reação complexa onde o dióxido de carbono reage com a água, formando-se glicose (base dos hidratos de carbono), que é armazenada e utilizada pelas plantas, libertando-se, como resíduo desta operação, moléculas de oxigênio.

É importante ressaltar que a fase escura não ocorre de noite ou na ausência de luz, o nome apenas se refere ao fato desta fase não necessitar da luz para seu funcionamento. Ela acontece logo após a fase clara numa reação em cadeia ate que o substrato se esgote.

Organismos fotossintetizadores
Além das plantas verdes, incluem-se entre os organismos fotossintéticos certos protistas (como as diatomáceas e as euglenoidinas), as cianófitas (algas verde-azuladas) e diversas bactérias.

Fatores que afetam a fotossíntese

. Comprimento de onda e intensidade da luz
. Concentração de dióxido de carbono
. Temperatura
. Água
. Morfologia foliar