A fotossíntese é um processo usado por plantas e outros organismos para converter energia luminosa em energia química que, por meio da respiração celular, pode ser liberada posteriormente para alimentar as atividades do organismo. Parte dessa energia química é armazenada em moléculas de carboidratos, como açúcares e amidos, que são sintetizados a partir do dióxido de carbono e da água – daí o nome fotossíntese, do grego phōs (φῶς), "luz", e súnthesis (σύνθεσις), "colocar junto". A maioria das plantas, algas e cianobactérias realizam a fotossíntese; tais organismos são chamados fotoautotróficos. A fotossíntese é amplamente responsável pela produção e manutenção do teor de oxigênio da atmosfera da Terra e fornece a maior parte da energia necessária para a vida no planeta.Embora a fotossíntese seja realizada de forma diferente por cada espécie, o processo sempre começa quando a energia da luz é absorvida por proteínas chamadas centros de reação que contêm pigmentos/cromóforos de clorofila verde (ou outras colorações). Nas plantas, essas proteínas são mantidas dentro de organelas chamadas cloroplastos, que são mais abundantes nas células das folhas, enquanto nas bactérias elas estão embutidas na membrana plasmática. Nessas reações dependentes de luz, parte da energia é usada para tirar elétrons de substâncias adequadas, como água, produzindo oxigênio. O hidrogênio liberado pela separação da água é utilizado na criação de mais dois compostos que servem como reservas de energia a curto prazo, permitindo a sua transferência para conduzir outras reações: estes compostos são o fosfato de dinucleótido de nicotinamida e adenina reduzido (NADPH) e o trifosfato de adenosina (ATP), que sevem como a "moeda energética" das células.
Nas plantas, algas e cianobactérias, os açúcares são sintetizados por uma sequência de reações independentes de luz chamada ciclo de Calvin. Neste, o dióxido de carbono atmosférico é incorporado a compostos orgânicos de carbono já existentes, como a ribulose bisfosfato (RuBP). Usando o ATP e o NADPH produzidos pelas reações dependentes de luz, os compostos resultantes são então reduzidos e removidos para formar mais carboidratos, como a glicose. Em outras bactérias, diferentes mecanismos, como o ciclo de Krebs reverso, são usados para atingir o mesmo objetivo.
Os primeiros organismos fotossintéticos provavelmente se desenvolveram no início da história evolutiva da vida e provavelmente usavam agentes redutores como hidrogênio ou sulfeto de hidrogênio, em vez de água, como fontes de elétrons. As cianobactérias apareceram mais tarde; o excesso de oxigênio que elas produziram contribuiu diretamente para a oxigenação da Terra, o que tornou possível a evolução de formas de vida complexas. Hoje, a taxa média global de captura de energia pela fotossíntese é de aproximadamente 130 terawatts, que é cerca de oito vezes o consumo atual de energia da civilização humana. Organismos fotossintéticos também convertem cerca de 100 a 115 bilhões de toneladas (91–104 de petagramas, ou bilhões de toneladas métricas) de carbono em biomassa por ano. A fotossíntese também é vital para os processos climáticos, pois captura o dióxido de carbono do ar e depois junta o carbono nas plantas e, posteriormente, nos solos e nos produtos colhidos. Estima-se que os cereais sozinhos se ligam a 3825 teragramas ou 3,825 petagramas de dióxido de carbono a cada ano, ou seja, 3,825 bilhões de toneladas métricas.
