Mõned organismid on võimelised päikesevalgusest energiat hõivama ja kasutama seda orgaaniliste ühendite saamiseks. See protsess, mida nimetatakse fotosüntees, on eluks hädavajalik, kuna pakub energiat mõlemale tootjad ja tarbijad. Fotosünteetilised organismid, mida nimetatakse ka fotoautotroofideks, on organismid, mis on võimelised fotosünteesima. Mõni neist organismidest sisaldab kõrgemat taimed, mõned protistid (vetikad ja euglena) ja bakterid.
Sisse fotosüntees, muundatakse valgusenergia keemiliseks energiaks, mis talletub glükoosi (suhkru) kujul. Anorgaanilisi ühendeid (süsinikdioksiid, vesi ja päikesevalgus) kasutatakse glükoosi, hapniku ja vee tootmiseks. Fotosünteetilised organismid kasutavad orgaaniliste molekulide (süsivesikud, lipiididja valgud) ja ehitada bioloogiline mass. Fotosünteesi kaheproduktina toodetud hapnikku kasutavad paljud organismid, sealhulgas taimed ja loomad, jaoks rakuhingamine. Enamik organisme tugineb toitumiseks otseselt või kaudselt fotosünteesile. Heterotroofne (
hetero-, -trofiline) organismid, näiteks loomad bakteridja seened, ei ole võimelised fotosünteesi ega tootmist bioloogilised ühendid anorgaanilistest allikatest. Sellisena peavad nad tarbima fotosünteetilisi organisme ja muid autotroofe (auto-, -trofid) nende ainete saamiseks.Fotosüntees sisse taimed toimub spetsialiseeritud organellid kutsus kloroplastid. Klooroplastid leidub taimes lehed ja sisaldavad pigmendi klorofülli. See roheline pigment neelab fotosünteesi toimumiseks vajalikku valgusenergiat. Kloroplastid sisaldavad sisemist membraanide süsteemi, mis koosneb tülakoidideks nimetatud struktuuridest, mis toimivad valguse energia keemiliseks energiaks muundamise saitidena. Süsinikdioksiid muundatakse süsivesikuteks protsessis, mida nimetatakse süsiniku fikseerimiseks või Calvini tsükliks. süsivesikud võib säilitada tärklise kujul, kasutada hingamise ajal või kasutada tselluloosi tootmisel. Protsessis toodetav hapnik eraldub atmosfääri taimede lehtede pooride kaudu stomata.
Taimed mängivad olulist rolli toitainete tsükkel, täpsemalt süsinik ja hapnik. Veetaimed ja maismaataimed (õistaimed, samblad ja sõnajalad) aitavad atmosfääri süsinikku reguleerida, eemaldades õhust süsinikdioksiidi. Taimed on olulised ka hapniku tootmiseks, mis eraldub õhku väärtusliku ainena fotosünteesi kõrvalsaadus.
Vetikad on eukarüootsed organismid, millel on mõlema tunnused taimed ja loomad. Nagu loomad, on ka vetikad võimelised toituma oma keskkonna orgaanilistest materjalidest. Mõned vetikad sisaldavad ka loomade rakkudes leiduvaid organelle ja struktuure, näiteks flagella ja tsentrioolid. Nagu taimed, sisaldavad ka vetikad fotosünteesiorganeid, mida nimetatakse kloroplastideks. Kloroplastid sisaldavad klorofülli, rohelist pigmenti, mis neelab fotosünteesi jaoks valgusenergiat. Vetikad sisaldavad ka teisi fotosünteetilisi pigmente, näiteks karotenoide ja fükobiliine.
Vetikad võivad olla üherakulised või esineda suurte mitmerakuliste liikidena. Nad elavad erinevates elupaikades, sealhulgas soolas ja magevees veekeskkond, märjal pinnasel või niisketel kivimitel. Fütoplanktonina tuntud fotosünteetilisi vetikaid leidub nii mere- kui ka mageveekeskkonnas. Enamik mere fütoplanktonist koosneb diatomid ja dinoflagellaadid. Enamik magevee fütoplanktonit koosneb rohelistest vetikatest ja sinivetikatest. Fütoplankton hõljub veepinna lähedal, et saada paremini fotosünteesiks vajalikku päikesevalgust. Fotosünteetilised vetikad on globaalsele elutähtsad toitainete tsükkel nagu süsinik ja hapnik. Need eemaldavad atmosfäärist süsinikdioksiidi ja tekitavad üle poole kogu hapnikuvarust.
Euglena on perekonna üherakulised protistid Euglena. Need organismid liigitati varjupaika Euglenophyta vetikatega nende fotosünteesi võime tõttu. Teadlased usuvad nüüd, et nad ei ole vetikad, kuid on oma fotosünteesi võime saavutanud endosümbiootilise suhte kaudu rohevetikatega. Nagu, Euglena on paigutatud varjupaika Euglenozoa.
Sinivetikad on hapniku fotosünteetilinebakterid. Nad koristavad päikese energia, neelavad süsinikdioksiidi ja eraldavad hapnikku. Nagu taimed ja vetikad, sisaldavad ka sinivetikad klorofüll ja muundada süsinikdioksiid fikseerimise abil suhkruks. Erinevalt eukarüootsetest taimedest ja vetikatest on sinivetikad prokarüootsed organismid. Neil puudub membraaniga seotud tuum, kloroplastid, ja muud organellid leitud taimed ja vetikad. Tsüanobakteritel on selle asemel topelt välised rakumembraan ja volditud sisemised tülakoidmembraanid, mida kasutatakse fotosüntees. Tsüanobakterid on võimelised ka lämmastikku fikseerima - protsess, mille käigus atmosfääriline lämmastik muundatakse ammoniaagiks, nitritiks ja nitraadiks. Need ained imenduvad taimedes bioloogiliste ühendite sünteesiks.
Tsüanobaktereid leidub mitmesuguseid maa biomid ja veekeskkond. Mõnda peetakse ekstremofiilid sest nad elavad eriti karmides keskkondades, nagu leviala ja hüpersaline lahed. Gloeocapsa tsüanobakterid suudab isegi ruumi karmides tingimustes üle elada. Tsüanobakterid esinevad ka fütoplankton ja võib elada teiste organismide, näiteks seente (samblike) sees, protistidja taimed. Sinivetikad sisaldavad pigmente fükoerütriini ja fütsotsüaniini, mis vastutavad nende sinakasrohelise värvuse eest. Oma välimuse tõttu nimetatakse neid baktereid mõnikord sinivetikateks, ehkki nad pole üldse vetikad.
Anoksügeenne fotosünteetiline aine bakterid on fotoautotroofid (sünteesida toitu päikesevalguse abil), mis ei tooda hapnikku. Erinevalt sinivetikatest, taimedest ja vetikatest ei kasuta need bakterid vett elektronide doonorina elektronide transpordiahel ATP tootmise ajal. Selle asemel kasutavad nad elektronidoonorina vesinikku, vesiniksulfiidi või väävlit. Anoksügeensed fotosünteesivad bakterid erinevad tsüanobakteriast ka selle poolest, et neil pole klorofülli valguse neelamiseks. Need sisaldavad bakterioklorofüll, mis on võimeline neelama lühemaid valguse lainepikkusi kui klorofüll. Sellisena leidub bakteriosklorofülliga baktereid sügavates veetsoonides, kuhu tungivad lühemad valguse lainepikkused.
Anoksügeensete fotosünteesivate bakterite näidete hulka kuuluvad lillad bakterid ja rohelised bakterid. Lilla bakterirakud tulevad a mitmesuguseid kujundeid (sfääriline, varras, spiraal) ja need rakud võivad olla liikuvad või mitteliikuvad. Lilla väävlibaktereid leidub tavaliselt veekeskkonnas ja väävliallikates, kus leidub vesiniksulfiidi ja hapnikku. Lillad väävlivabad bakterid kasutavad madalamat väävlisisaldust kui lillad väävlibakterid ja eraldavad väävli nende rakkude asemel väljaspool rakke. Roheliste bakterite rakud on tavaliselt sfäärilised või vardakujulised ja rakud on peamiselt mitteliikuvad. Rohelised väävlibakterid kasutavad fotosünteesiks väävlit või väävlit ega suuda hapniku juuresolekul ellu jääda. Nad eraldavad väävli väljaspool oma rakke. Rohelised bakterid arenevad väävlirikastes vesielupaikades ja moodustavad mõnikord roheka või pruuni õitsemise.