식물체에는 녹색으로 보이는 부분은 그 부위의 세포 속에 엽록체가 있기 때문이며, 이것에서 광합성이 일어난다. 광합성은 공기 중의 이산화탄소와 토양 내 물이 빛에너지를 이용하여 엽록체 내에서 탄수화물과 산소를 만드는 과정이다.
식물은 잎 뒷면에 주로 있는 기공이라는 작은 구멍으로 대기에서 이산화탄소를 흡수한다. 한편, 식물 뿌리는 토양에서 수분을 흡수하여 식물 전체로 이동시킨다. 그러나 실제로 식물체가 이용하는 수분은 극히 일부분이며, 수분은 대부분 잎의 기공을 통해서 증산된다. 잎에는 엽록소와 다른 색소가 있는데, 이러한 색소는 광원에서 빛에너지를 흡수하고, 이 에너지는 광계에서 물분자를 산소와 수소를 분열시키는데 사용한다. 식물이 탄수화물이란 제품(포도당)을 만드는 것은 온도가 적당해야 하는데 적정온도는 20도전후가 적당하다.
다양한 환경요소는 식물체 잎의 기공개폐에 영향을 미치는데, 이에 따라서 식물체가 광합성을 하는 패턴도 달라진다. 예를 들면 식물은 대부분 일출때 기공이 열려서 광합성을 시작하며 날이 어두워지면 기공이 닫히고 광합성도 중단된다. 그리고 낮 동안에는 광합성과 호흡이 동시에 일어나지만 밤에는 호흡만 일어나게 된다. 이러한 식물을 보통 C3 또는 C4식물이라고 하며, 온대성 식물 및 아열대성 식물이 대부분이 여기에 속한다.
선인장이나 다육식물은 CAM이라는 다른 패턴으로 증산작용을 과 광합성을 한다. 원산지의 특성상 낮 동안에 기공을 열면 광합성이 가능하지만 그대신 엄청난 양의 수분이 동시에 소실되기 때문에, 이들 식물들은 밤에만 기공을 열고 이산화탄소를 축적하여, 증산을 통한 수분소실을 최소화한다. 결과적으로 이런 식물들은 보통의 식물들과는 달리 낮 동안에는 기공을 열지 않고 전날 밤에 축적한 이산화탄소를 이용해 광합성을 한다. 물론 호흡은 물론 다른 식물들과 동일하게 주.야간으로 계속한다.
즉 광합성은 호흡과 정반대로 작용한다. 광합성은 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물을 탄수화물과 산소로 만들지만, 호흡은 반대로 탄수화물과 산소를 이용해 에너지와 골격을 만들고, 부산물로 이산화탄소와 물을 방출한다.