Η φωτοσύνθεση είναι μια τεχνική για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ενέργεια που έχει χρησιμοποιηθεί από ορισμένους οργανισμούς για περίπου 3.4 δισεκατομμύρια χρόνια. Η βασική φόρμουλα περιλαμβάνει τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού σε γλυκόζη και οξυγόνο, υποβοηθούμενη από αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως. Η φωτοσύνθεση εμφανίστηκε γρήγορα μετά την εμφάνιση της ίδιας της ζωής, που πιστεύεται ότι συνέβη πριν από 3.5 δισεκατομμύρια χρόνια, μετά την ψύξη του φλοιού της Γης. Οι πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί ήταν οι πρόγονοι των σύγχρονων κυανοβακτηρίων.
Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα μέσα σε χλωροπλάστες, ειδικά οργανίδια που βρίσκονται στα κύτταρα των φυτών και σε άλλους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Οι χλωροπλάστες είναι πράσινοι επειδή χρησιμοποιούν τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη. Τα κύρια ηλιακά όργανα των φυτών είναι τα φύλλα. Αν και οι χλωροπλάστες βρίσκονται σε κύτταρα σε όλο το φυτό, η πυκνότητα των χλωροπλάστων είναι μακράν η υψηλότερη στα φύλλα, όπου μεταξύ 450,000 και 800,000 χλωροπλάστες μπορούν να βρεθούν σε κάθε τετραγωνικό χιλιοστό.
Οι χλωροπλάστες πιστεύεται ότι προέρχονται από φωτοσυνθετικά βακτήρια, με τα οποία έχουν πολλά κοινά. Όπως τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας των ευκαρυωτικών (σύνθετων) κυττάρων, τα μιτοχόνδρια, οι χλωροπλάστες πιστεύεται ότι προέρχονται από εξαιρετικά στενές συμβιωτικές σχέσεις μεταξύ των πρώιμων μικροβίων, τόσο στενές που έγιναν μέρος της ίδιας αδιάσπαστης οντότητας.
Ένα από τα υποπροϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι το οξυγόνο, το μόριο που χρειαζόμαστε εμείς οι άνθρωποι και τα άλλα ζώα για να ζήσουμε. Αν και σήμερα το οξυγόνο φέρνει ζωή, κατά τη διάρκεια ενός κατακλυσμικού γεγονότος πριν από δύο δισεκατομμύρια χρόνια, έφερε τον θάνατο. Εκείνη την εποχή, η ατμόσφαιρα της Γης περιείχε λίγο οξυγόνο και μεγάλα πετρώματα σιδήρου μπορούσαν να εκτεθούν στην επιφάνεια χωρίς να σκουριάσουν. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια μιας γεωλογικά ξαφνικής περιόδου που αποτελείται από μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, τα φωτοσυνθετικά κυανοβακτήρια που παράγουν οξυγόνο εξελίχθηκαν και κάλυψαν τη Γη, παράγοντας τεράστιες ποσότητες οξυγόνου και προκαλώντας μαζική εξαφάνιση εξελικτικών γενεαλογικών γενεών που δεν ήταν συνηθισμένες σε τόσο υψηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Αυτό είναι γνωστό ως η καταστροφή του οξυγόνου.
Σήμερα, η ατμόσφαιρα είναι περίπου 23% οξυγόνο και το υπόλοιπο άζωτο. Η ανάγκη για οξυγόνο από τα φυτά είναι ένας άλλος λόγος για τον οποίο πρέπει να αποθαρρύνουμε την καταστροφή των τροπικών δασών παγκοσμίως, ιδιαίτερα στον Αμαζόνιο.
Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμεύουν ως το θεμέλιο κάθε οικοσυστήματος. Σε αυτόν τον ρόλο αναφέρονται ως παραγωγοί. Οι οργανισμοί που τα καταναλώνουν ονομάζονται συνεπώς καταναλωτές.