Fotosentez, klorofil barındıran bitkilerin ışık enerjisinden yararlanarak besin üretmesi sürecidir. Tabiatta canlılar beslenme açısından iki gruba ayrılır: kendi besinini üretebilenler (ototroflar) ve besinlerini dışarıdan alanlar (heterotroflar).

Ototrof bitkilerin, güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürebilecek bir sisteme ihtiyaçları vardır. Bu sistem, güneş enerjisini soğurmanın yanında, onu kimyasal enerjiye dönüştürebilmelidir. Enerjinin seçici olarak soğurulması da gereklidir. Bitkilerde güneş enerjisinin soğurulup besin üretimi bir bakıma radyoların çalışmasını andırmaktadır. Bir istasyona ayarlanmış radyo alıcısı belli bir dalga uzunluğunu seçer ve alır. Alıcı radyonun lambaları radyo frekanslarını ses enerjisine dönüştürür. Bugün yaşayan ototrofların analizi, bir radyo alıcısındaki lambalara benzer şekilde iş gören bir grup kimyasal bileşiğin geliştiğini göstermektedir.

Fotosentez olayı, birçok karmaşık tepkimeyi özetleyen şu denklemle ifade edilir:

Bu denklemde görüldüğü gibi yeşil yaprakların soğurduğu ışık enerjisi, karbondioksit ve suyu (girenler), karbonhidratlara ve oksijene (çıkanlar) çevirmek için kullanılır. Çıkan karbonhidratlar, daha sonra bir ototrofun aminoasitleri, proteinleri, yağları ve hücrelere gerekli diğer ürünleri sentezlemesi için hem ham madde hem de enerji kaynağı olarak kullanılır. Ancak bu denklem, olayın karmaşık basamakları hakkında bilgi vermez.

Fotosentez olayının hızı ve miktarı birçok etkene göre değişir. Fotosentezin hızını ölçmek için en çok kullanılan yöntem, kullanılan CO₂ miktarının ya da açığa çıkan oksijen miktarının saptanmasıdır. Fotosentezde ışık enerjisinin artması tepkimeyi hızlandırır. Bir bitkiye artan miktarda ışık enerjisi gönderilirse fotosentez sonucu açığa çıkan oksijenin bir miktar arttığı, ancak bir yerden sonra ışık şiddeti ne kadar artarsa artsın oksijen miktarının sabit kaldığı görülür. Aynı deneyler, ortamdaki karbondioksit miktarını artırarak da tekrarlanabilir. Artan karbondioksit miktarıyla fotosentez hızı arasındaki ilişki, ışığın etkisiyle benzerlik gösterir. Karbondioksit oranı arttıkça fotosentez hızı da bir yere kadar artar, bir noktadan sonra değişmez.

Işık ve karbondioksit oranlarının fotosentez üzerine etkileri ayrı ayrı olduklarında birbirlerine benzemekle birlikte, ortamda her ikisinin aynı anda artması halinde fotosentezde elde edilecek ürün, öncekilerden çok daha fazla olur. Işık şiddetinin yanında farklı dalga boylarındaki ışıkların da olaya etkisi farklılık göstermektedir. Çünkü klorofil tüm renkleri (dalga boylarını) aynı oranda soğurmaz. Örneğin, klorofil bu ışığı çok büyük oranda yansıttığından en az yeşil ışığı soğurur. Aslında klorofil taşıyan bitki dokularının yeşil görünebilmesinin nedeni de budur. Klorofil, en fazla kırmızı ve mor ışıkları soğurduğu için bu renkler fotosentez için en uygun renklerdir.

Fotosentezin hızını etkileyen bir başka etmen de ortamın sıcaklığıdır. Sıcaklık arttıkça fotosentez hızı artar; 40 derece civarında fotosentez en fazladır. Ancak sıcaklık daha fazla arttığında enzimler denatüre olabilir ve fotosentez hızı düşer.

Fotosentez, dünya üzerindeki yaşam için hayati bir süreçtir. Bu süreç sayesinde bitkiler, atmosferdeki karbondioksiti alıp oksijen üretirler, bu da tüm canlıların solunum yapabilmesini sağlar. Ayrıca, fotosentez sonucunda üretilen besinler, besin zincirinin temelini oluşturur.

Fotosentez, karmaşık ve çok aşamalı bir süreçtir. Işık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesi, bitkilerin büyümesi ve gelişmesi için gereklidir. Fotosentezin hızını ve verimliliğini etkileyen birçok faktör bulunmaktadır. Bu faktörlerin anlaşılması, tarım ve biyoteknoloji alanlarında önemli uygulamalara yol açabilir.