سلول های گیاهی با استفاده از کلروفیل و از راه فتوسنتز، انرژی خود را تأمین می‌کنند. فتوسنتز دو مرحله دارد. مرحله اول شامل دو سیستم نوری است و مرحله دوم یک چرخه تثبیت کربن که اصطلاحاً سیکل کالوین نامیده میشود. در این فرآیند، گیاه نور خورشید، آب و CO2 را به گلوکز و ATP تبدیل می‌کند. اکسیژن هم که محصول جانبی این واکنش است، وارد جو میشود. این توانایی گیاهان نه تنها منابع گلوکز مورد استفاده بسیاری از سلولهای جانوری را تأمین می‌کند، بلکه در تولید اکسیژن برای تنفس آنها نیز نقش دارد. واکنش فتوسنتز را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:
6 CO2+ 12 H2O + Light ð 6 H2O +C6H12O6+ 6 O2
آن بخش از فتوسنتز که بدون حضور نور انجام نمی شود، شامل دو سیستم نوری پی در پی است. این دو سیستم در غشای تیلاکوئید کلروپلاست قرار دارند و به کمک مولکولهای برانگیخته کلروفیل اداره میشوند.
برای شروع فتوسنتز، ابتدا مولکول کلروفیل موجود در سیستم نوری دوم توسط نور خورشید تحریک میشود و مقداری انرژی آزاد می‌کند. این انرژی مولکول آب را می‌شکند و نیم مول اکسیژن و +2H آزاد می‌کند.
در این فرآیند دو الکترون از مولکول آب گرفته میشود. این الکترونها توسط نور به حالت برانگیخته می‌رسند. وقتی الکترونها می‌خواهند به حالت پایه خود برگردند، مجبور میشوند از یک فسفریلاسیون اکسیداتیو عبور کنند. در طی همین فرآیند است که یک مولکول ATP ساخته میشود.
هنگامی که الکترونها می‌خواهند به حالت پایه خود باز گردند، سیستم نوری اول دوباره آنها را تحریک می‌کند. این کار باعث میشود که سطح انرژی الکترون بازهم بالاتر برود. الکترونهای برانگیخته برای تولید +NADP و +H به کار می‌روند. پس از آن مولکول NADPH که دارای انرژی بسیار زیادی است، وارد چرخه کالوین میشود تا سیکل تثبیت کربن انجام گردد.
مرحله دوم فتوسنتز،می تواند در تاریکی نیز صورت گیرد. این مرحله در استرمای کلروپلاست انجام میشود. در این مرحله مولکولهای کربن موجود در گاز کربنیک (Co2) تثبیت میشوند و به فرم مولکول گلوکز در می‌آیند. واکنش های چرخه کالوین به ترتیب زیر است:
1. یک مولکول قند پنج کربنی به نام ریبولوز بی فسفات یا RuBP، مولکول های دی اکسید کربن حل شده در استرما را به هم متصل می‌کند. این فرآیند که تثبیت CO2 نام دارد به کمک آنزیمی با نام RuBP کربوکسیلاز انجام میشود. این آنزیم کاتالیزور واکنش است و در حضور آن، یک مولکول شش کربنی ناپایدار ساخته میشود. مولکول ناپایدار بلافاصله می‌شکند و دو مولکول سه کربنی ایجاد میشود. این مولکول 3- فسفوگلیسرات (3PG) یا فسفوگلیسریک اسید (PGA) نامیده میشود.
2. دو مولکول 3PG با اضافه شدن یک گروه فسفات پر انرژی از مولکول ATP و سپس شکستن باند فسفات و افزایش هیدورژن از +NADP+H، به یک قند سه کربنی فسفاته تبدیل میشوند. این مولکول گلیسرالدهید 3- فسفات (G3P) یا فسفوگلیسرالدهید (PGAL) نامیده میشود.
3. این سیکل سه بار تکرار میشود. سه مولکول CO2 مصرف میشود و شش مولکول G3P ایجاد می‌گردد. با این وجود فقط یکی از این شش مولکول، از چرخه خارج میشود. پنج مولکول دیگر در چرخه باقی می‌ماند و طی یک فرآیند بسیار پیچیده برای تولید مجدد RuBP بیشتر به کار می‌روند تا چرخه به همین ترتیب ادامه پیدا کند. پس از اینکه چرخه شش بار طی شد، دو مولکول G3P تولید میشود. این دو مولکول با هم ترکیب میشوند و یک مولکول گلوکز ایجاد می‌گردد.