A fotoszintézis olyan biokémiai folyamat, amely során a fotoszintézist végző élőlények (pl. zöld növények, egyes egysejtűek és baktériumfajták, színes moszatok, algák) a napfény energiájának segítségével szervetlen anyagokból (szén-dioxidból és vízből) szerves anyagot (cukrot, azaz glükózt) állítanak elő. A cukron kívül „melléktermékként” oxigén szabadul fel. Az így keletkező oxigén, amely a legtöbb földi élőlény számára alapvető fontosságú, a légkörbe kerül.
A fotoszintézis két szakaszban megy végbe. A „fény szakaszában” a fényenergia megkötődik, és kémiai energiává alakul át kémiai kötések formájában. A „sötét szakaszban” pedig az energia arra fordítódik, hogy a szén-dioxidból cukor termelődjön. Ekkor történik tehát a szén-dioxid megkötése és szénhidrátokká alakítása, amelyek a növény fejlődéséhez szükségesek. Ezt a szakaszt Calvin-ciklusnak vagy szénfixációs fázisnak is nevezik. A „sötét szakasz” elnevezés egyébként félrevezető is lehet, ugyanis a folyamat valójában nem igényel sötétet, sőt, a nappali órákban zajlanak a legintenzívebben. Egyes enzimek hosszas sötétben inaktiválódnak is – fény hatására viszont újra aktiválódnak.
A fotoszintézis fény hatására indul meg a levelekben található pigmentben, a klorofillban. A fotoszintézis mindaddig folyamatosan zajlik, amíg a klorofillt elegendő fény éri. Ezért a növény a fotoszintézis során folyamatosan szén-dioxidot vesz fel a levegőből, és oxigént bocsát ki. Sötét helyeken és éjszaka a növény nem fotoszintetizál, hanem lélegzik, azaz oxigént vesz fel, és szén-dioxidot bocsát ki. A növények éjszakai oxigénfelvétele igen csekély mértékű. Nappal, amikor a fotoszintézis zajlik, sokkal több oxigén keletkezik, mint amennyit a növény sejtlégzése során felhasznál.
Érdekesség, hogy a folyamat nem csak a szárazföldön játszódik le. A tengerekben élő fitoplankton végzi a bolygó fotoszintézisének megközelítőleg felét, és a légköri oxigén nagyon jelentős részét is nekik köszönhetjük. A NASA műholdas megfigyelései (pl. a PACE küldetés) kifejezetten a planktonközösségek változását is mérik, mert ezek kulcsfontosságúak a szénmegkötésben és az egész óceáni táplálékháló fenntartásában.
