Някои организми са способни да улавят енергията от слънчевата светлина и да я използват за производството на органични съединения. Този процес, известен като фотосинтеза, е от съществено значение за живота, тъй като осигурява енергия и за двамата производители и потребители. Фотосинтетичните организми, известни още като фотоавтотрофи, са организми, които са способни на фотосинтеза. Някои от тези организми включват по-високи растения, някои протестисти (водорасли и зелени еуглени), и бактерии.
в фотосинтеза, светлинната енергия се преобразува в химическа енергия, която се съхранява под формата на глюкоза (захар). Неорганичните съединения (въглероден диоксид, вода и слънчева светлина) се използват за производството на глюкоза, кислород и вода. Фотосинтетичните организми използват въглерод за генериране на органични молекули (въглехидрати, липиди, и протеини) и изграждане на биологична маса. Кислородът, произведен като бипродукт на фотосинтезата, се използва от много организми, включително
растения и животни, за клетъчно дишане. Повечето организми разчитат на фотосинтезата, пряко или косвено, за подхранване. Хетеротрофни (хетеро-, -trophic) организми, като животни, най-много бактерии, и гъбички, не са способни да фотосинтезират или да продуцират биологични съединения от неорганични източници. Като такива те трябва да консумират фотосинтетични организми и други автотрофи (Автоматичен-, -trophs), за да се получат тези вещества.фотосинтеза в растения се среща в специализирани органели Наречен хлоропласти. Хлоропластите се срещат в растенията листа и съдържат пигментния хлорофил. Този зелен пигмент абсорбира светлинна енергия, необходима за осъществяването на фотосинтеза. Хлоропластите съдържат вътрешна мембранна система, състояща се от структури, наречени тилакоиди, които служат като места за преобразуване на светлинната енергия в химическа енергия. Въглеродният диоксид се превръща във въглехидрати в процес, известен като фиксация на въглерод или цикъл на Калвин. Най- въглехидрати може да се съхранява под формата на нишесте, използвано по време на дишане или използвано при производството на целулоза. Кислородът, който се произвежда в процеса, се отделя в атмосферата през порите в листата на растението, известни като устицата.
Растенията играят важна роля в цикъл на хранителните вещества, по-специално въглерод и кислород. Водни растения и сухопътни растения (цъфтящи растения, мъхове и папрати) помагат за регулирането на атмосферния въглерод чрез отстраняване на въглеродния диоксид от въздуха. Растенията също са важни за производството на кислород, който се отделя във въздуха като ценно страничен продукт на фотосинтезата.
водорасли са еукариотни организми, които имат характеристики и на двете растения и животни. Подобно на животните, водораслите са способни да се хранят с органичен материал в своята среда. Някои водорасли също съдържат органели и структури, намиращи се в клетките на животните, като например камшичета и центриола. Подобно на растенията, водораслите съдържат фотосинтетични органели, наречени хлоропласти. Хлоропластите съдържат хлорофил, зелен пигмент, който абсорбира светлинна енергия за фотосинтеза. Водораслите съдържат и други фотосинтетични пигменти като каротеноиди и фикобилини.
Водораслите могат да бъдат едноклетъчни или могат да съществуват като големи многоклетъчни видове. Те живеят в различни местообитания, включително солена и сладка вода водни среди, влажна почва или върху влажни скали. Фотосинтетичните водорасли, известни като фитопланктон, се срещат както в морска, така и в сладководна среда. Повечето морски фитопланктон са съставени от диатоме и динофлагелати. Повечето сладководни фитопланктони са съставени от зелени водорасли и цианобактерии. Фитопланктон плава близо до повърхността на водата, за да има по-добър достъп до слънчева светлина, необходима за фотосинтеза. Фотосинтетичните водорасли са жизненоважни за световното цикъл на хранителните вещества като въглерод и кислород. Те отстраняват въглеродния диоксид от атмосферата и генерират над половината от глобалното снабдяване с кислород.
зелени еуглени са едноклетъчни протестисти в рода зелени еуглени. Тези организми бяха класифицирани във тила Euglenophyta с водорасли поради тяхната фотосинтетична способност. Сега учените смятат, че те не са водорасли, но са придобили своите фотосинтетични възможности чрез ендосимбиотична връзка със зелени водорасли. Като такъв, зелени еуглени са поставени във тила Euglenozoa.
Цианобактериите са кислородна фотосинтезабактерии. Те добиват слънчевата енергия, абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород. Подобно на растенията и водораслите, цианобактериите съдържат хлорофил и превръща въглеродния диоксид в захар чрез въглеродна фиксация. За разлика от еукариотните растения и водорасли, цианобактериите са прокариотни организми. Липсва мембрана, свързана ядро, хлоропласти, и други органели намерен в растения и водорасли. Вместо това цианобактериите имат двойна външна клетъчната мембрана и сгънати вътрешни тилакоидни мембрани, които се използват в фотосинтеза. Цианобактериите също са способни на азотна фиксация, процес, при който атмосферният азот се превръща в амоняк, нитрит и нитрат. Тези вещества се абсорбират от растенията за синтез на биологични съединения.
Цианобактериите се намират в различни сухоземни биоми и водни среди. Някои се смятат екстремофили защото живеят в изключително тежки среди, като горещи отпечатъци и хиперсалинови заливи. Глоеокапса цианобактерии може дори да оцелее в тежките условия на космоса. Цианобактериите също съществуват като фитопланктон и могат да живеят в рамките на други организми като гъбички (лишеи), протистии растения. Цианобактериите съдържат пигментите фикоеритрин и фикоцианин, които са отговорни за синьо-зеления им цвят. Поради външния си вид тези бактерии понякога се наричат синьозелени водорасли, въпреки че изобщо не са водорасли.
Аноксигенен фотосинтез бактерии са photoautotrophs (синтезирайте храна с помощта на слънчева светлина), които не произвеждат кислород. За разлика от цианобактериите, растенията и водораслите, тези бактерии не използват водата като донор на електрон в електронна транспортна верига по време на производството на АТФ. Вместо това те използват водород, сероводород или сяра като донори на електрон. Аноксигенните фотосинтетични бактерии също се различават от цианобацериите по това, че нямат хлорофил, който да абсорбира светлината. Те съдържат бактериохлорофил, която е способна да абсорбира по-къси дължини на вълната от хлорофила. Като такива, бактериите с бактериохлорофил са склонни да се намират в дълбоки водни зони, където по-късите дължини на вълната са в състояние да проникнат.
Примерите за аноксигенни фотосинтетични бактерии включват лилави бактерии и зелени бактерии. Лилавите бактериални клетки идват в a разнообразие от форми (сферични, пръчковидни, спираловидни) и тези клетки могат да бъдат подвижни или неподвижни. Лилавите серни бактерии обикновено се срещат във водни среди и серни извори, където присъства сероводород и липсва кислород. Лилавите несерни бактерии използват по-ниски концентрации на сулфид в сравнение с лилавите серни бактерии и отлагат сярата извън клетките си, вместо вътре в клетките си. Зелените бактериални клетки са обикновено сферични или пръчковидни и клетките са предимно немобилни. Зелените серни бактерии използват сулфид или сяра за фотосинтеза и не могат да оцелеят в присъствието на кислород. Те депозират сяра извън клетките си. Зелените бактерии процъфтяват в богати на сулфиди водни местообитания и понякога образуват зеленикав или кафяв цъфтеж.