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화학 용어로 말하자면 광합성은 빛 에너지에 의한 산화환원(산화는 분자가 전자를 잃는 것이고 환원은 전자를 얻는 것을 말함)과정이라고 할 수 있다. 식물의 광합성에서는 빛 에너지를 사용해 물(H₂O)이 산화하여 산소(O₂), 수소 이온(H⁺), 전자 등이 발생한다.

이때 이산화탄소(CO₂)가 대부분의 전자와 수소 이온을 받아 유기물질로 환원되며 그 주요산물은 녹말이나 설탕과 같은 탄수화물이다.

식물의 광합성을 통해 탄수화물(CH₂O)이 만들어지는 반응은 다음과 같이 요약해서 나타낼 수 있다.

광합성의 전체반응은 빛에 의존하는 광화학 반응인 '명반응'과 유기 촉매인 효소에 의해 조절되는 화학반응인 '암반응'으로 나눌 수 있다.

명반응에서 빛에너지는 일련의 전자전달과정에 이용되어 궁극적으로 에너지가 풍부한 화합물인 아데노신삼인산(ATP)과 환원된 니코틴아미드아데닌디뉴클레오티드인산(NADPH) 을 만든다. 탄소고정과정인 암반응에서는 이 ATP와 NADPH를 이용하여 이산화탄소를 유기탄소화합물로 만든다.

황세균의 경우는 물 대신 황화수소(H₂S)로부터 수소 이온을 만들고 산소 대신 황을 내놓는다.