光反应发生在光照下叶绿体的基粒片层中。光反应包括两个步骤：
(1)光能的吸收、传递和转换的过程——一通过原初反应完成。
(2)电能转变为活跃的化学能的过程——一通过电子传递和光合磷酸化完成。
1．光能的吸收、传递和转换—一原初反应在光照下，叶绿素分子吸收光能，被激发出一个高能电子。该高能电子被一系列传递电子的物质有规律地传递下去。叶绿素分子由于失去一个电子，就留下一个空穴，这空穴立刻从电子供体得到一个电子来填补，使叶绿素分子恢复原来状态，准备再一次被激发。这样，叶绿素分子不断被激发，不断给出高能电子，又不断地补充电子，就完成了从光能到电能的过程——原初反应。
2．电子传递和光合磷酸化 原初反应中的电能再用作水的光解和光合磷酸化，经过一系列电子传递体的传递，最后形成ATP和NADPH，H+。
(1)水的光解和氧的释放 当叶绿素分子吸收光能后，被激发出一个高能电子，处于很不稳定的状态，有极强的夺回电子的能力。经实验证明，它是从周围的水分子中夺得
电子，因而促使水的分解。
其中的氧被释放出来，氢和辅酶Ⅱ（NADP）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH)。 因为光合作用的原料CO2和H2O中都有氧，而光合作用放出的氧来自水，所以为了明确起见，可将光合作用方程式改写成:
(2)光合磷酸化 光合作用中形成的高能电子在传递过程中，拿出一部分能量使ADP和(P)结合形成ATP的过程，叫做光合磷酸化。 光合作用中磷酸化跟电子传递是偶联的，一般认为光合磷酸化偶联因子是它们之间的物质联系。实验证明，偶联因子是位于类囊体膜表面的一种蛋白质颗粒。用特殊溶液洗脱这种颗粒，类囊体便失去合成ATP的能力。如把含有这种颗粒的溶液加入类囊体残膜，则光合磷酸化活力又可部分恢复。 到此为止，ATP和NADPH已形成了，它们是光合作用的重要中间产物，一方面因为这两者都能暂时贮存能量，继续向下传递；另一方面因为NADPH的H又能进一步还原二氧化碳，并把它固定成中间产物。这样就把光反应和暗反应联系起来了。因为叶绿体有了ATP和NADPH，可在暗反应中同化二氧化碳，所以有人把这两种物质叫做同化能力。
