Em nível fundamental, a água fornece elétrons para substituir aqueles que são removidos da clorofila no fotossistema II. Além disso, ela produz oxigênio, bem como reduz o NADP para NADPH (necessário para o ciclo de Calvin) ao liberar íons H+.
Durante o processo de fotossíntese, seis moléculas de dióxido de carbono e seis moléculas de água reagem na presença de luz solar para formar uma molécula de glicose e seis de oxigênio. O papel da água é liberar oxigênio presente em sua molécula para a atmosfera na forma de gás O2.
A água também possui outro papel importante que é o de ser fornecedora de elétrons. No processo da fotossíntese, a água doa o elétron que liga o átomo de hidrogênio (da sua própria molécula) para o carbono (do dióxido de carbono) para formar um açúcar (glicose).
A água age como um agente redutor ao fornecer íons H+ que convertem NADP para NADPH. Sendo o NADPH um importante agente redutor presente nos cloroplastos, sua formação resulta em déficit de elétrons, após a oxidação da clorofila. Essa perda deve ser reposta por elétrons de algum outro agente redutor. A enzima fotossistema II atua nos primeiros passos do esquema Z (o diagrama da cadeia de transporte de elétrons na fotossíntese) e, então, um agente redutor que pode doar elétrons é necessário para a oxidar a clorofila, função essa exercida pela água (que age como uma fonte de elétrons em plantas verdes e cianobactérias). Os íons hidrogênio liberados criam um potencial químico (quimiosmótico) através da membrana mitocondrial, o que resulta na síntese de ATP. O fotossistema II é a enzima primeiramente conhecida por agir como um catalisador nesse processo de oxidação da água.