En las moléculas de clorofila de las hojas de las plantas la energía de la luz se convierte en energía química a través de un proceso llamado fotosíntesis. La energía es la capacidad de realizar trabajo y el trabajo aquí consiste sobretodo en hacer y deshacer moléculas. Para realizar esto se requieren materiales, sobretodo CO2, por el cual las plantas tienen gran afinidad : la atmósfera sólo lo contiene en un 0,03% y esta cantidad mantiene toda la vida vegetal. Además, hace falta agua y con ella penetran otros elementos necesarios que forman parte de la materia viva, como, por ejemplo, el nitrógeno y el fósforo . La velocidad de la fotosíntesis depende siempre del más escaso de estos elementos, se trata del concepto muy usado en ecología de factores limitantes.
Capturado por las plantas, el CO2 es transformado fotosintéticamente en glúcidos:
CO2 + H2O → (CHO)n + O2
También mediante fotosíntesis o otros procesos biosintéticos, es transformado en prótidos, lípidos, etc. El hidrógeno necesario es proporcionado por la fotólisis del agua, cuyo oxígeno se desprende hacia la atmósfera. Las diversas sustancias así elaboradas sirven de alimento a los vegetales verdes. Estos constituyen los llamados productores primarios (organismos autótrofos).
Tan sólo un 44% aproximadamente de la radiación solar corresponde al espectro fotosintético activo de las plantas verdes. Las hojas suelen alcanzar su tasa fotosintética máxima cuando los productos de dicho proceso son eliminados activamente. La fotosíntesis es un proceso con una baja eficiencia. La mayor eficacia hallada en las plantas es del 3,0-4,5% y corresponde a microalgas marinas cultivadas en condiciones experimentales.
En los bosques tropicales , los valores son de 1-3%, y del 0,6-1,2% en los bosques de las regiones templadas . Todo ello induce a pensar que la evolución de los organismos fotosintetizadores no ha tendido a maximizar el aprovechamiento de la energía solar , sino a utilizar solamente la energía necesaria para el mantenimiento de la máxima cantidad de organización, que permiten los otros factores limitantes, como por ejemplo la concentración de nutrientes.
