La fotosíntesis es una técnica para convertir la luz solar en energía que ha sido utilizada por ciertos organismos durante alrededor de 3.4 millones de años. La fórmula básica implica una conversión de dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno, con la ayuda de reacciones dependientes de la luz. La fotosíntesis surgió rápidamente después del surgimiento de la vida misma, que se cree que ocurrió hace 3.5 millones de años, después de que la corteza terrestre se enfrió. Los primeros organismos fotosintéticos fueron los antepasados de las cianobacterias modernas.
La fotosíntesis tiene lugar dentro de los cloroplastos, orgánulos especiales ubicados en las células de las plantas y otros organismos fotosintetizadores. Los coloroplastos son verdes porque utilizan el pigmento clorofila. Los principales órganos de las plantas que absorben el sol son las hojas. Aunque los cloroplastos se encuentran en las células de toda la planta, la densidad de cloroplasto es, con mucho, la más alta en las hojas, donde se pueden encontrar entre 450,000 y 800,000 cloroplastos en cada milímetro cuadrado.
Se cree que los cloroplastos se derivan de bacterias fotosintéticas, con las que tienen mucho en común. Al igual que las plantas de energía de las células eucariotas (complejas), las mitocondrias, se cree que los cloroplastos se derivan de relaciones simbióticas extremadamente estrechas entre los primeros microbios, tan cercanas que se convirtieron en parte de la misma entidad inseparable.
Uno de los subproductos de la fotosíntesis es el oxígeno, la molécula que los humanos y otros animales necesitamos para vivir. Aunque hoy el oxígeno trae vida, durante un evento cataclísmico hace dos mil millones de años, trajo la muerte. En ese momento, la atmósfera de la Tierra contenía poco oxígeno y grandes rocas de hierro podían exponerse a la superficie sin oxidarse. Luego, durante un período geológicamente repentino que consta de unas pocas decenas de millones de años, las cianobacterias fotosintéticas productoras de oxígeno evolucionaron y cubrieron la Tierra, produciendo cantidades masivas de oxígeno y causando una extinción masiva de linajes evolutivos no acostumbrados a concentraciones tan altas de oxígeno atmosférico. Esto se conoce como la catástrofe del oxígeno.
Hoy en día, la atmósfera contiene aproximadamente un 23% de oxígeno y el resto de nitrógeno. La necesidad de oxígeno de las plantas es otra razón por la que deberíamos desalentar la destrucción de las selvas tropicales en todo el mundo, particularmente en la Amazonía.
Los organismos fotosintéticos sirven como base de todo ecosistema. En este rol se les conoce como productores. En consecuencia, los organismos que los consumen se denominan consumidores.