La photosynthèse se déroule en deux étapes : les réactions lumineuses et les réactions sombres. Les réactions lumineuses tirent leur nom car elles nécessitent la présence de lumière directe, tandis que les réactions sombres n'ont pas la même condition . Les réactions lumineuses se produisent pour la plupart dans les piles thylakoïdes du grana, contrairement aux réactions sombres, bien qu'elles se produisent également le plus souvent pendant la journée.
Les réactions lumineuses impliquent la conversion de la lumière du soleil en énergie chimique prenant la forme d'adénosine triphosphate (ATP) et de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH). La chlorophylle de la plante absorbe l'énergie de la lumière, commençant une séquence d'événements qui conduit à la production d'ATP, de NADPH et d'oxygène, avec la division des molécules d'H2O. Les stomates libèrent de l'oxygène et les deux autres sous-produits produisent du sucre dans le cadre des réactions sombres.
Lorsque les réactions sombres sont prêtes à avoir lieu, le dioxyde de carbone se transforme en sucre avec l'ATP et le NADPH, dans un processus appelé cycle de Calvin, ou fixation du carbone. Ce cycle comporte trois étapes : fixation, réduction et régénération du carbone. Lorsque ces réactions ont lieu, la plante est prête à recommencer le cycle, permettant à la plante de continuer à convertir le dioxyde de carbone en une substance utile.
