光合作用是绿色植物吸收日光能还原CO2并释放O2的过程，在这个过程中把光能转变为化学能积蓄在有机物中，其总反应为

由于光合作用所利用的是自然界取之不尽用之不竭的太阳能，和大气中的二氧化碳及地球上十分丰富的水做原料，故而绿色植物在地球上得到了优势的发展，成为规模最大的一类植物。后来，发现某些光合细菌也能进行光合作用。

地球上的植物通过光合作用每年约吸收7×1011 t二氧化碳，合成5×1011 t有机物，光合作用是地球上制造有机物的重要途径。从能量利用方面看，光合作用又是一个巨型能量转换过程，它是地球上唯一大规模地将太阳能转变成可储存的化学能的生物学过程。虽然通过光合作用固定的太阳能只约占到达地球表面太阳能的1/1000，但其每年合成有机物的能量还是非常巨大，约为世界每年耗能量的10倍。

为什么光合作用能把太阳能转变为化学能储存起来呢？这是因为化合物的能量实际上可以看作是由形成化合物的原子之间的化学键所储藏着的。从上述光合作用总反应式可以看出，反应前和反应后的C原子、H原子和O原子的数目都没有变化，只是这3种元素作了重新排列，即原子的结合不同了。不同的原子之间的化学键所储藏着的能量亦不同，经测定，H原子和O原子之间化学键（H-O）的能量每摩尔为460kJ；O原子和O原子之间化学键（O=O）的能量每摩尔为485kJ；而O原子与C原子之间化学键（O=C）的能量每摩尔为795kJ，C原子与H原子之间化学键（C-H）的能量每摩尔为385kJ。这样就可算出光合反应前CO2和H 2 O的总键能是2510kJ，而光合反应后O2和碳水化合物的总键能是2050kJ，即

因此，反应后的O2和碳水化合物里的键能，比反应前CO2和H 2 O里的键能要小。键能小，就是所处的化学势位高，容易向键能大、化学势位低的方向转化。这种转化趋势就是化学能。光合作用在这里所得到的化学能是每摩尔460kJ。我们利用有机物时，例如将有机物燃烧时，只要把1mol的碳水化合物和1mol的O2结合起来，变成更稳定的1mol的CO2和1mol的H 2 O，同时就可以获得460kJ的能量。(www.daowen.com)

绿色植物的光合作用过程实际上只由植物的叶和茎在进行。叶绿素细胞上有许多叶绿体，叶绿体上分布着许多叶绿素分子。它吸收光能后就相互传递并引发一系列化学反应，即发生光化分解，生成O2和H；发生光合磷酸化反应，生成磷酸腺苷；发生CO2同化反应，生成碳水化合物。

植物的种类繁多，光合作用的方式亦各有差异，光合作用的效率也高低不同。按植物光合作用中碳同化过程来区分，可把植物分成为C3植物和C4植物。

大多数植物同化CO2的途径都一样，即CO2进入叶子以后，先与磷酸腺苷生成一种叫磷酸甘油酸的中间化合物，然后再经几次反应生成碳水化合物。由于磷酸甘油酸是一种具有3个C原子的化合物，所以凡属于这一类型的，都叫做C3植物。

有一些起源于热带地区的植物，它们的碳同化过程，在开头还要先生成一个比较稳定的叫做草酰乙酸的中间化合物。这个中间化合物，经过一些变化后，再放出CO2，然后再像C3植物一样，通过磷酸甘油酸而发生一系列同化反应，生成碳水化合物。在整个过程中，由于先生成的中间化合物是有4个C原子的草酰乙酸，所以这一类植物就叫做C4植物。高粱、玉米、甘蔗等都是C4植物。C4植物由于比C3植物多了一个CO2吸收和放出的过程，所以C4植物比C3植物具有更高的CO2吸收能力，从而使得光合作用效果更好。C4植物是高光效植物，其产量一般要比C3植物高。除太阳光外，植物的产量还受温度、CO2、O2、水分及营养条件等多因素的影响。由于气候差异，世界上有的地区的作物光能利用率比一般作物高得多，可达4%以上。这里的光能利用率是指作物光合产物中储存的能量占照射到地面能量的百分率。