Fotosentez tepkimeleri, bitkilerde görülen ışık enerjisinin tutulması ve kimyasal enerjiye dönüştürülerek besin yapısına katılması işlemlerini içeren tepkimelerdir.

Fotosentez, iki ana aşamada gerçekleşir: ışığa bağımlı tepkimeler (ışıklı evre tepkimeleri) ve ışıktan bağımsız tepkimeler (karanlık evre tepkimeleri). Işığa bağımlı tepkimeler klorofilin hem elektron verici hem de elektron alıcı olarak görev yaptığı aşamadır ve bu aşamalarda ışık gereklidir. Işıktan bağımsız tepkimeler ise ortamda ışık olsa da olmasa da yürütülebilir.

Işığa bağımlı tepkimelerde, ışık enerjisi kullanılarak NADP, H₂O, P ve ADP kullanılır ve NADPH₂ ve ATP üretilir. Bu tepkimelerin gerçekleşmesi için mutlaka klorofil ve ışık gerekmektedir. Tepkimeler kloroplastın grana bölmesinde gerçekleşir ve bu aşamada metabolik enzim kullanımı gerekli değildir, bu sebepten dolayı ısıya duyarlı değildir.

Işık tepkimeleri, klorofilden ayrılan elektronun tekrar klorofile dönüp dönmemesine göre devirli ve devirsiz fotofosforilasyon olarak iki aşamada gerçekleşir.

Devirli fotofosforilasyonda, klorofilde bulunan FS I'in merkezindeki elektron ışık tarafından uyarılır ve ilk alıcıya aktarılır. Elektron taşıma sistemine iletilen elektronlar, önce ferrodoksin, daha sonra da sitokrom ve plastosiyanin üzerinden klorofile geri döner. Bu süreçte klorofil kaybetmiş olduğu elektronu tekrar aldığı için bu işleme devirli fotofosforilasyon denir. Serbest kalan enerjiden faydalanılarak ADP moleküllerine fosfat eklenip ATP üretilir.

Devirsiz fotofosforilasyonda, FS II'nin tepkime merkezinde bulunan klorofilin ışık tarafından uyarılan elektron ilk alıcıya iletilir. Daha sonra elektronlar plastosiyanin, sitokromlar ve plastokinon vasıtasıyla FS I'e iletilir. Ortaya çıkan enerji ATP'nin sentezlenmesinde kullanılır. Işığı soğurmasıyla FS I'in reaksiyon merkezinde bulunan klorofil elektronları ilk alıcıya iletilir. İlk alıcı, elektronu ferrodoksine nakleder. Stromada bulunan bir enzim yardımıyla ferrodoksin elektronu NADP'ye aktararak yükseltgenir. Elektronların tilakoit zarında bulunan ETS'den geçişi esnasında stromada bulunan protonlar (H⁺) tilakoit boşluğa pompalanır. Protonlar tilakoit boşluğunda bulunan suyun ayrışmasıyla oluşur.