Η βιοσύνθεση των φυτών είναι η συλλογή των φυσικών διαδικασιών που υφίστανται τα φυτά για τη μετατροπή ανόργανων ορυκτών στοιχείων όπως το κάλιο και το άζωτο στο έδαφος μαζί με στοιχεία του νερού και του αέρα σε θρεπτικά συστατικά, χρησιμοποιώντας ενέργεια που προέρχεται αρχικά από το ηλιακό φως. Αυτές οι διαδικασίες χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες για τα φυτά, οι οποίες περιλαμβάνουν τη φωτοσύνθεση, την αναπνοή και τη χημική σύνθεση. Όπως τα ζώα και άλλοι ζωντανοί οργανισμοί όπως τα βακτήρια, τα φυτά βασίζονται στην ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα για να επιβιώσουν. Συνθέτουν και διασπούν πολλές από τις ίδιες ενώσεις στη βιοσύνθεση των φυτών που κάνουν τα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων, των λιπιδίων και των υδατανθράκων.
Η κατανόηση των βασικών διαδικασιών φωτοσύνθεσης και κυτταρικής αναπνοής στα φυτά είναι το πρώτο βήμα προς την κατανόηση της βιοσύνθεσης στα φυτά συνολικά. Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που παίρνει την ενέργεια από το ορατό φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος και την αποθηκεύει σε μόρια σακχάρου στα φυτά μέσω της χρήσης χρωροπλαστών. Οι χλωροπλάστες είναι μικρά οργανίδια μέσα στα φυτικά κύτταρα που περιέχουν χλωροφύλλη, μια πράσινη ένωση που δίνει στα φυτά το χρώμα τους και χρησιμοποιείται στη σύνθεση υδατανθράκων όπως η ζάχαρη.
Η βιοσύνθεση των φυτών χρησιμοποιεί τρεις διαφορετικούς τύπους χρωστικών για να μεγιστοποιήσει την απορρόφηση του φωτός. Η χρωστική χλωροφύλλη α απορροφά το φως πιο έντονα γύρω από το μήκος κύματος 430 νανομέτρων, το οποίο είναι σε μεγάλο βαθμό μπλε χρώμα και η χλωροφύλλη β απορροφά το φως γύρω από ένα μήκος κύματος 470 νανομέτρων που είναι αληθινά πράσινο. Μια άλλη χρωστική που παράγεται από ορισμένα φυτά είναι το καροτενοειδές, το οποίο απορροφά το φως στην κίτρινη έως πορτοκαλί περιοχή του ορατού φάσματος από 500 νανόμετρα μήκους κύματος ή μεγαλύτερο.
Η αναπνοή των φυτών είναι επίσης ένα βασικό χαρακτηριστικό του τρόπου με τον οποίο τα φυτά λαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα και απομακρύνουν το οξυγόνο ως απόβλητο αέριο, αλλά δεν αναπνέουν αυτά τα αέρια μέσα και έξω όπως τα ζώα. Η διαδικασία της αναπνοής στη βιοσύνθεση των φυτών περιλαμβάνει τα φυτά που επιτρέπουν στον αέρα να διαχέεται στην εξωτερική κυτταρική δομή τους, όπου αυτά τα συνδυασμένα αέρια μεταφέρονται στη συνέχεια με νερό στις εσωτερικές κυτταρικές μεμβράνες. Η ενέργεια για την αναπνοή προέρχεται από την αποθηκευμένη γλυκόζη που δημιουργείται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης. Τα φυτά διασπούν τη γλυκόζη για ενέργεια όπως και τα ζώα, και είναι μάλλον αποδοτικά σε αυτό με καθαρό ενεργειακό κέρδος από 22% έως 38%. Αυτό είναι ανώτερο από πολλές μορφές σύγχρονης ανθρώπινης τεχνολογίας, όπως το αυτοκίνητο, το οποίο είναι λιγότερο από 25% αποδοτικό στη μετατροπή της βενζίνης σε ενέργεια για κίνηση.
Η διαδικασία παραγωγής ενέργειας στη βιοσύνθεση των φυτών βασίζεται στην ίδια χημική αντίδραση που χρησιμοποιούν όλα τα ζώα για την παραγωγή ενέργειας. Τα φυτά χρησιμοποιούν μόρια τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ) τόσο για την αποθήκευση όσο και για την απελευθέρωση ενέργειας καθώς το ΑΤΡ συσσωρεύεται χημικά και διασπάται από μιτοχόνδρια στα φυτικά κύτταρα. Η διαφορά μεταξύ φυτών και ζώων σε αυτή τη διαδικασία είναι ότι τα απόβλητα της παραγωγής ενέργειας για τα φυτά είναι επίσης η γλυκόζη, το οξυγόνο και το νερό, όλα αυτά είναι βασικές ενώσεις στις οποίες βασίζονται τα ζώα για επιβίωση.
Ο μεταβολισμός των φυτών άλλων χημικών μπορεί να είναι εξαιρετικά πολύπλοκος και η επιστήμη εμπλέκεται περίπλοκα στη μελέτη των οδών βιοσύνθεσης στα φυτά λόγω των πολυάριθμων τύπων χρήσιμων οργανικών ενώσεων που παράγουν τα φυτά. Τα φυτικά ένζυμα είναι γνωστά από το 2011 για τη σύνθεση περισσότερων από 200,000 διαφορετικών τύπων χημικών, πολλά από τα οποία μπορούν να συλλεχθούν για χρήση σε τρόφιμα και φάρμακα. Ωστόσο, οι περισσότερες εμπορικά χρήσιμες ενώσεις που παράγονται από τη βιοσύνθεση των φυτών δεν μπορούν ακόμη να παρασκευαστούν με τεχνητά μέσα σε εργαστηριακές συνθήκες, επομένως τα ίδια τα φυτά πρέπει να αναπτυχθούν για τη συγκομιδή των χημικών. Η έρευνα για τη βιοσύνθεση των φυτών από το 2011 επικεντρώνεται στην πραγματική μεθοδολογία που χρησιμοποιεί ένα φυτό για να δημιουργήσει μια ένωση και, όταν αυτό γίνει πλήρως κατανοητό, οι κυτταρικές καλλιέργειες του φυτού μπορούν να αναπτυχθούν σε μεγάλο αριθμό για να παράγουν τη χημική ουσία στο εμπόριο.