De nombreuses plantes, protistes, bactéries et cyanobactéries peuvent effectuer la photosynthèse. Ces organismes produisent du sucre, des lipides et des protéines en récupérant l'énergie du soleil. Les organismes photosynthétiques sont producteurs car ils produisent leur propre nourriture.
Chez les plantes, la plupart de la photosynthèse se produit dans les feuilles et, en particulier, dans les chloroplastes où le stroma et les membranes thylakoïdes sont les sites de la plupart des activités. Le stroma est une couche fluide où le dioxyde de carbone de l'air devient du sucre. Les membranes thylacoïdes convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique. Un pigment vert, la chlorophylle, absorbe l'énergie lumineuse du soleil. En fin de compte, les plantes produisent de l'oxygène en tant que sous-produit photosynthétique.
Certaines plantes, comme la pipe indienne blanche fantomatique, ne nécessitent pas de photosynthèse. La pipe indienne obtient des nutriments en parasitant des champignons. Les cyanobactéries, ou algues bleu-vert, tirent leur nom de la phycocyanine. La phycocyanine remplace la chlorophylle dans ces organismes et la photosynthèse a lieu dans les plis des membranes externes des cellules plutôt que dans les chloroplastes. Certains protistes photosynthétiques, comme l'euglena, contiennent des chloroplastes tout comme les plantes. D'autres, comme les dinoflagellés, hébergent des organismes endosymbiotiques ou obtiennent des chloroplastes à partir de proies qu'ils consomment. Les bactéries contiennent souvent de la bactériochlorophylle. Ce composé ressemble à la chlorophylle mais absorbe la lumière de longueurs d'onde légèrement plus longues. Contrairement aux plantes, de nombreuses bactéries n'ont pas besoin d'eau pour que la photosynthèse se produise. Pour cette raison, ils ne produisent pas d'oxygène.
