A fotossíntese é o processo através do qual as plantas, seres autotróficos (seres que produzem seu próprio alimento) e alguns outros organismos transformam energia luminosa em energia química processando o dióxido de carbono e outros compostos(CO2), água (H2O) e minerais em compostos orgânicos e produzindo oxigênio gasoso (O2).
A fotossíntese inicia a maior parte das cadeias alimentares na Terra. Sem ela, os animais e muitos outros seres heterotróficos seriam incapazes de sobreviver porque a base da sua alimentação estará sempre nas substâncias orgânicas proporcionadas pelas plantas verdes.
Aristóteles tinha observado e descrito que as plantas necessitavam de luz solar para adquirir a sua cor verde. Só em 1771, o estudo do processo fotossintético começou a ser observado por Joseph Priestley. Este químico inglês, confinando uma planta numa redoma de cristal comprovou a produção de uma substância que permitia a combustão e que, em certos casos, avivava a chama de um carvão em brasa. No futuro, acabou se descobrindo que a dita substância era um gás, o oxigênio.
Na segunda metade do século XVIII, Jan Ingenhousz, físico-químico holandês, suspeitou que o dióxido de carbono do ar era utilizado como nutriente pelas plantas. A comprovação deu-se em seguida por diversos químicos daquele século que repetiram as experiências do cientista holandês.
Nicolas-Théodore de Saussure, já no início do século XIX descobriu que os vegetais incorporavam água nos seus tecidos. Ao avançar do tempo, os conhecimentos sobre nutrição vegetal foram se desfraldando.
Uma observação importante foi que o azoto, assim como diversos sais e minerais, era retirado do solo pelas plantas e que a energia proveniente do Sol se transformava em energia química, ficando armazenada numa série de produtos em virtude de um processo que então acabou por ser chamado de fotossíntese.
A substância chamada de clorofila foi isolada na segunda década do século XIX. Ainda naquele século, descobriu-se que a clorofila era a responsável pela cor verde das plantas, além de desempenhar um papel importante na síntese da matéria orgânica. Julius von Sachs demonstrou que a clorofila se localizava nos chamados organelos celulares, que, por meio de estudos mais apurados, foram chamados de cloroplastos.
Ao avançarem as técnicas bioquímicas, em 1954 foi possível o isolamento e extração destes organelos. Foi Daniel Israel Arnon, quem obteve cloroplastos a partir das células do espinafre conseguindo reproduzir em laboratório as reações completas da fotossíntese.
A fase fotoquímica, fase luminosa ou fase clara (fase dependente da luz solar ou etapa clara ou r no claro) é a primeira fase do processo fotossintético. A luz é captada, absorvida pela clorofila e armazenada em moléculas de ATP (possível reserva energética). O objetivo desta fase é criar um campo elétrico em torno das moléculas de água. Nesta mesma etapa, dá-se a fotólise da água (desdobramento das moléculas da água em íons de oxigênio e hidrogênio, devido à radiação). O hidrogênio formado (íon H+) é inserido na molécula NADP+ que servirá no próximo processo para oxirredução.
A fase química ou "fase escura", onde se observa um ciclo descoberto pelos cientistas Melvin Calvin, Andrew Benson e James Bassham. 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. Esta fase é denominada fase escura, no entanto é um termo utilizado de forma inadequada pois para a "rubisco"(ribulose bifosfato carboxilase-oxidase) entrar em atividade determinando a fixação do CO2 atmosférico para a formação de moléculas de glicose, ela precisa estar num estado reduzido, e para isso acontecer é necessário que a luz esteja presente.
Plantas jovens consomem mais dióxido de carbono e libertam mais oxigênio, 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 na qual 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 realçar que a fase escura não ocorre apenas à noite ou na ausência de luz, o nome refere-se ao fato desta fase não necessitar da luz para funcionar. Ela acontece logo após a fase clara numa reação em cadeia até que o substrato se esgote.