Fotosentetik bakteriler, fotosentez yaparak enerji üretirler. Fotosentezde, yeşil pigmenti olan klorofile sahip canlılar, ham madde olarak H2O (su) ve CO2 (karbondioksit) veya H2O yerine H2S veya yalnızca H2 kullanarak karbonhidratları sentez ederler. Fotosentez, enerji gerektiren bir süreçtir. Bu amaçla, klorofil aracılığıyla absorbe edilen güneş ışığının enerjisi kullanılır.

Eğer güneş ışığı yerine organik maddelerin sentezi amacıyla kimyasal tepkimelerden elde edilen enerji kullanılırsa, bu sürece "kemosentez" veya "kemofotosentez" denir. Bazı bakteriler, ışık enerjisine ihtiyaç duymadan kimyasal enerji ile organik maddeleri sentezlerler. Örneğin, azot, kükürt, demir ve hidrojen bakterileri ototrofiktirler. Klorofile sahip olmadıkları durumlarda kemosentez yardımıyla besinlerini üretirler. Bu şekilde kendi besinlerini üreten bakterilere kemosentetik bakteriler denir. Kemosentetik bakteriler, organik olmayan maddeleri oksitleyerek elde ettikleri kimyasal enerjiyi kullanarak CO2 ve H2O'dan karbonhidratlı besinler yaparlar.

Toprakta azot, organik azot bileşikleri, nitratlar ve amonyum tuzları şeklinde bulunur. Azotlu bileşikler, bakteriler tarafından okside edilir ve bu sürece nitrifikasyon denir. Nitrifikasyon ile azot, bitkilerin kullanabileceği bileşikler haline gelirken, ortaya çıkan kimyasal enerji de nitrifikasyona neden olan bakteriler tarafından kemosentez amacıyla kullanılır.

Bitkiler, bilindiği üzere havadaki CO2'yi bağlayarak organik bileşikleri sentezler. Ancak bitkilerin, havada yer alan azot gazını kullanmaları mümkün değildir. Gelişmeleri için oldukça önemli olan azotu, azotlu bileşikler şeklinde topraktan alırlar. Topraktaki azotun kullanılabilir hale gelmesi kemosentez ile sağlanır, bu sayede doğada azot döngüsü tamamlanır.

Fotosentez, klorofil taşıyan canlılarda ışık enerjisi kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesi sürecidir. Bu yöntemle besin üreten tüm canlılara fotosentetik organizmalar denir. Işık enerjisinden faydalanarak enerjiyi depolarlar ve organik bileşiklerin indirgenmesi sürecini gerçekleştirirler. Bu süreç, güneş enerjisiyle yapıldığından fotosentez olarak adlandırılır. Bu yöntemle güneşin ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür ve organik madde sentezi gerçekleştirilir. Bitkiler de diğer canlılar gibi hayati faaliyetler için gerekli enerjiyi organik maddelerin kimyasal enerjisinden sağlarlar. Bunun için güneş ışığını kullanarak havanın karbondioksitini indirgerler ve organik besinlerini sentez ederler.

Fotosentez, temel olarak iki aşamada gerçekleşir:

Fotosentezle her yıl yaklaşık olarak 200-500 milyar ton CO2 dönüşüme uğratılmaktadır. Bu süreç, dünyanın karbon döngüsünde önemli bir rol oynar ve atmosferdeki karbondioksit seviyelerinin düzenlenmesine yardımcı olur.