Un élément clé de la machinerie biologique qui entraîne la photosynthèse est la chlorophylle molécule. La chlorophylle est une grosse molécule avec une structure particulière qui lui permet de capter l'énergie lumineuse et le convertir en électrons de haute énergie, qui sont utilisés au cours de la réaction des deux phases, qui produisent en fin de compte le sucre, le glucose.
Dans les bactéries photosynthétiques, la réaction a lieu dans la membrane cellulaire et dans la cellule, mais à l'extérieur du noyau. Dans les usines et les protozoaires photosynthétiques (protozoaires sont des organismes unicellulaires appartenant au domaine eucaryote, le même domaine de la vie qui comprend les plantes, les animaux et les champignons), la photosynthèse a lieu dans les chloroplastes. Les chloroplastes sont un type de organite (compartiments membranaires, adaptés à des fonctions spécifiques, comme de petits organes pour les cellules).
Bien que les chloroplastes existent aujourd'hui à l'intérieur d'autres cellules, comme les cellules de plantes, ils ont fait leur propre ADN et des gènes. L'analyse de la séquence de ces gènes a révélé que, en fait, indépendamment de chloroplastes ont évolué-organismes photosynthétiques vivant relatives à un groupe de bactéries appelées cyanobactéries. Un processus similaire a eu lieu lorsque les ancêtres des mitochondries, des organites dans les cellules où respiration oxydante - le contraire chimique de photosynthesis-- a lieu. Selon la théorie de l'endosymbiose, une théorie qui a été donné un coup de pouce récemment, à la suite d'une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, deux chloroplastes et des mitochondries vivaient autrefois bactéries comme indépendants, mais ont été engloutis dans les ancêtres des eucaryotes, conduisant finalement à l'émergence de plantes et d'animaux.