Quang hợp diễn ra trong hai giai đoạn: phản ứng sáng và phản ứng tối. Các phản ứng ánh sáng có tên gọi như vậy vì chúng đòi hỏi sự hiện diện của ánh sáng trực tiếp, trong khi các phản ứng tối không có cùng điều kiện . Hầu hết các phản ứng ánh sáng xảy ra trong các ngăn xếp thylakoid trong grana, trong khi phản ứng tối thì không, mặc dù chúng cũng thường xuyên xảy ra nhất vào ban ngày.
Phản ứng ánh sáng liên quan đến việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học dưới dạng adenosine triphosphate (ATP) và nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH). Chất diệp lục trong cây hấp thụ năng lượng từ ánh sáng, bắt đầu một chuỗi các sự kiện dẫn đến sản xuất ATP, NADPH và oxy, với sự phân tách các phân tử H2O. Khí khổng giải phóng oxy và hai sản phẩm phụ khác tạo ra đường như một phần của phản ứng tối.
Khi các phản ứng tối sẵn sàng diễn ra, carbon dioxide trở thành đường với ATP và NADPH, trong một quá trình được gọi là chu trình Calvin, hay sự cố định carbon. Chu trình này có ba bước: cố định, khử và tái sinh cacbon. Khi những phản ứng này diễn ra, cây trồng sẽ bắt đầu lại chu kỳ, cho phép cây tiếp tục chuyển hóa carbon dioxide thành một chất hữu ích.
