Viele Pflanzen, Protisten, Bakterien und Cyanobakterien können Photosynthese betreiben. Diese Organismen produzieren Zucker, Lipide und Proteine, indem sie Energie aus Sonnenlicht gewinnen. Photosynthetische Organismen sind Produzenten, weil sie ihre eigene Nahrung produzieren.
Bei Pflanzen findet die meiste Photosynthese in den Blättern und insbesondere in den Chloroplasten statt, wo das Stroma und die Thylakoidmembranen die Orte der größten Aktivität sind. Das Stroma ist eine flüssige Schicht, in der Kohlendioxid aus der Luft zu Zucker wird. Die Thylakoidmembranen wandeln Lichtenergie in chemische Energie um. Ein grünes Pigment, Chlorophyll, absorbiert die Lichtenergie der Sonne. Am Ende produzieren Pflanzen Sauerstoff als photosynthetisches Nebenprodukt.
Einige Pflanzen, wie die geisterhafte weiße Indische Pfeife, benötigen keine Photosynthese. Die Indische Pfeife erhält Nährstoffe durch parasitierende Pilze. Cyanobakterien oder Blaualgen haben ihren Namen von Phycocyanin. Phycocyanin ersetzt Chlorophyll in diesen Organismen, und die Photosynthese findet in den Falten der äußeren Membranen der Zellen statt in Chloroplasten. Einige photosynthetische Protisten wie Euglena enthalten ebenso wie Pflanzen Chloroplasten. Andere, wie die Dinoflagellaten, beherbergen endosymbiotische Organismen oder gewinnen Chloroplasten von Beutetieren, die sie konsumieren. Bakterien enthalten oft Bakteriochlorophyll. Diese Verbindung ähnelt Chlorophyll, absorbiert jedoch Licht mit etwas längeren Wellenlängen. Im Gegensatz zu Pflanzen benötigen viele Bakterien kein Wasser für die Photosynthese. Aus diesem Grund produzieren sie keinen Sauerstoff.
