Fotosynthese, ook wel koolstofassimilatie genoemd, vindt plaats in plantencellen die bladgroenkorrels bevatten. Dit zijn met name de cellen in de bladeren. Een bladgroenkorrel heeft een buitenmembraan en een binnenmembraan. Het vocht aan de binnenkant wordt het stroma genoemd en in het stroma zitten de thylakoïden. Elke bladgroenkorrel kan 10 tot 100 van die gestapelde thylakoïden bevatten. Thylakoïden zijn membraanachtige structuren met daarbinnen een vloeistof, het lumen. In het membraan van zo’n thylacoid vindt het eerste deel van de fotosynthese plaatst: de lichtreactie.
De energie van het licht valt op een pigmentmolecuul, zoals chlorofyl. Deze energie wordt als chemische energie opgenomen door elektronen. De negatief geladen elektronen worden in een aantal stappen overgedragen aan de elektronenacceptor NADPH. Het pigmentmolecuul blijft achter met een positieve lading. De afgestane elektronen worden vervangen door energiearme elektronen uit watermoleculen. Het pigmentmolecuul kan zo opnieuw de energie uit zonlicht absorberen. Bij deze reactie wordt water gesplitst in waterstofionen en zuurstof. Een NADP molecuul neemt naast elektronen ook een waterstofion uit het stroma op waardoor er NADPH ontstaat.
De elektronen worden via verschillende elektronendragers doorgegeven van fotosysteem 2 naar fotosysteem 1. Tijdens het transport geven de elektronen beetje bij beetje hun energie af. Deze energie wordt gebruikt om H+-ionen actief door het membraan te transporteren. In het lumen van de bladgroenkorrel ontstaat hierdoor een overschot aan waterstof ionen.
Via ATP syntase gaan de waterstofionen naar het stroma. De energie die hierbij vrijkomt wordt gebruikt om Adenosine di fosfaat, ADP, om te zetten in Adenosine tri fosfaat of ATP
De lichtenergie wordt vastgelegd in de energiedragende stoffen NADPH en ATP.
