Los pigmentos carotenoides se encuentran en todo tipo de plantas, y absorben energía y protegen contra el daño de la luz a medida que se realiza la fotosíntesis. De color rojo o amarillo, los carotenoides son visibles cuando la clorofila, la sustancia que convierte la luz en energía en las plantas y ciertas bacterias, se agota. Los colores a los que cambian las hojas de los árboles en otoño se deben a la exposición de los pigmentos carotenoides. Estos pigmentos también tienen antioxidantes, y el consumo de carotenoides puede proteger contra enfermedades cardíacas y cáncer en humanos y otras especies.
Molecularmente, la mayoría de los carotenoides involucrados en estos procesos presentan una columna vertebral de hidrocarburos. Existen entre tres y 15 enlaces dobles a lo largo de esta columna vertebral, y el recuento de enlaces tiene una relación directa con la parte del espectro que puede procesar un carotenoide. La luz entre 400 y 500 nanómetros (nm) es típicamente absorbida por estas moléculas. El fitoeno es el primer tipo producido a partir del ensamblaje de varios componentes moleculares, y es crítico en la formación de otros carotenoides. Los pigmentos básicos se pueden biosintetizar en otros compuestos, como el betacaroteno y el licopeno.
Los carotenoides juegan un papel protector significativo porque bloquean los efectos de las partículas de oxígeno y los radicales cuando interactúan la luz y los fotosensibilizadores como la clorofila. Los pigmentos carotenoides transfieren energía radiante a moléculas individuales de clorofila, mientras que el exceso de energía se disipa como parte del ciclo de xantofila en algunas plantas y algas. Las moléculas de clorofila que permanecen en un estado activo también se pueden regular. A nivel molecular, los carotenoides ayudan a unir las moléculas de las proteínas pigmentarias fotosintéticas.
El consumo de organismos de origen vegetal conduce al procesamiento metabólico de los pigmentos carotenoides en salmones, camarones, langostas y criaturas. La coloración de estos peces y crustáceos proviene de los pigmentos que se encuentran en los alimentos que comen. Por ejemplo, el salmón salvaje que come camarones tiene un color mucho más rojo que el salmón producido en las granjas. Es difícil cosechar carotenoides de forma natural, pero la ingeniería genética está haciendo que la perspectiva sea más optimista. Los pigmentos sintetizados químicamente no producen el mismo resultado que los naturales.
Existen varios tipos de carotenoides en plantas, bacterias, hongos y algas. El fitoeno es una forma de pigmento que puede metabolizarse en betacaroteno que, junto con otros compuestos, se usa para producir vitamina A y líquido retiniano en mamíferos. Las propiedades fotosintéticas y el impacto en la salud humana hacen de los pigmentos carotenoides uno de los elementos biológicos más importantes de la naturaleza.