Nhiều thực vật, sinh vật nguyên sinh, vi khuẩn và vi khuẩn lam có thể thực hiện quang hợp. Những sinh vật này sản xuất đường, lipid và protein bằng cách thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Các sinh vật quang hợp là những nhà sản xuất vì chúng tự sản xuất thức ăn.
Ở thực vật, hầu hết quá trình quang hợp xảy ra ở lá và đặc biệt là trong lục lạp, nơi chất đệm và màng thylakoid là những vị trí hoạt động nhiều nhất. Lớp đệm là một lớp chất lỏng nơi carbon dioxide từ không khí trở thành đường. Các màng thylakoid chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học. Một sắc tố xanh lục, chất diệp lục, hấp thụ năng lượng ánh sáng từ mặt trời. Cuối cùng, thực vật tạo ra oxy như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp.
Một số loài thực vật, chẳng hạn như cây tẩu Ấn Độ trắng ma quái, không cần quang hợp. Cây ống Ấn Độ lấy chất dinh dưỡng bằng cách ký sinh các loại nấm. Vi khuẩn lam, hay tảo xanh lam, lấy tên từ phycocyanin. Phycocyanin thay thế chất diệp lục trong những sinh vật này, và quá trình quang hợp diễn ra trong các nếp gấp của màng ngoài tế bào chứ không phải trong lục lạp. Một số sinh vật nguyên sinh quang hợp, như euglena, chứa lục lạp cũng như thực vật. Những loài khác, như tảo đơn bào, sinh vật nội cộng sinh vật chủ hoặc lấy lục lạp từ con mồi mà chúng tiêu thụ. Vi khuẩn thường chứa chất diệp lục khuẩn (bacteriochlorophyll). Hợp chất này giống chất diệp lục nhưng hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài hơn một chút. Không giống như thực vật, nhiều vi khuẩn không cần nước để quá trình quang hợp xảy ra. Do đó, chúng không tạo ra oxy.
