绿色植物利用它特有的叶绿素吸收太阳能，将二氧化碳和水转化为富含能量的有机物，并释放氧气的过程称为光合作用。这一过程极其复杂，包括光反应和暗反应。
光合作用是地球上规模最大的无机物转变为有机物（每年约可合成4250亿吨）的过程，也是太阳能转变为化学能并蓄积在合成的有机物中（每年约6.3×1015兆焦）的过程。地球上只有绿色植物（还有光合细菌）能通过光合作用，直接从太阳光截获能量，并利用它将无机物（二氧化碳）还原成有机物，作为自身的养料。其他生物（包括人类在内）不能直接利用太阳能，而是直接或间接依靠绿色植物光合作用所提供的有机物和能量进行生命活动。因此，光合作用保证了整个生物界生命活动的进行和生命的延续。由于光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，因此使大气中二氧化碳和氧的含量长期以来保持基本稳定。另外，光合作用对生物进化也有重要意义。地球上原始大气中几乎没有游离的氧，约在30亿年前，出现了最早具有光合能力的蓝藻，地球上开始有了氧气的积累，为需氧生物的发生、发展创造了条件。由此可见，光合作用是地球上生物生存、繁荣和发展的根本源泉。
