물질대사
광합성은 햇빛과 이산화 탄소(CO)를 이용하여 탄수화물을 합성하는 과정이다. 식물과 남세균, 조류는 광합성을 통해 물을 분해하고 산소를 부산물로 생산한다. 이 과정은 광합성 반응 중심에서 생산된 ATP와 NADPH를 사용하여 CO를 3-포스포글리세르산으로 전환하고, 3-포스포글리세르산은 이후 포도당으로 전환된다. 탄소 고정 반응은 캘빈 회로의 일부로 루비스코(RuBisCO)라는 효소가 참여한다. 식물에서는 C 탄소 고정, C 탄소 고정, 그리고 CAM 광합성 이렇게 세 종류의 광합성이 일어나며, 이들은 CO가 캘빈 회로에 들어가는 방법에 따라 구분된다. C 식물은 CO를 직접적으로 고정하고, C 식물과 CAM 식물은 CO를 먼저 다른 화합물의 일부로 포함시킨다. 이는 강렬한 햇빛과 건조한 환경에 적응하기 위한 방편이다.
엽록체
산소 발생 광합성 세균인 시아노박테리아의 일종이 세포내 공생을 통해 엽록체를 형성했다고 보고 있지만 실제 시아노박테리아나 그 근연종으로부터 유래했는지에 대한 확실한 증거는 없다. 광계1, 광계2가 광합성세균 헬리오박테리아(Heliobacteria)와 클로로플렉서스(Chloroflexus)로부터 유래된 것으로 계통적으로 관련이 있을 것으로 여겨지지만, 구성 단백질의 기능이 그대로 대응하지 않아 실제 식물의 광계 1, 2는 광합성 세균의 광계와는 상당히 다르고 광합성을 제외한 다른 기능의 기원은 불분명하다.