Setiap menit, matahari mengubah lebih dari 100.000 kilogram materi menjadi energi, melepaskan sebagian besar ke luar sebagai gelombang radiasi elektromagnetik. Setelah perjalanan 8 menit, sekitar dua per miliar energi ini mencapai atmosfer Bumi. Dari jumlah tersebut, hanya sekitar 1% yang digunakan untuk fotosintesis, namun sebagian kecil dari tenaga matahari ini pada akhirnya menghasilkan hampir 2 kuadriliun kilogram karbohidrat per tahun. Cahaya mungkin tidak tampak penting, tetapi cahaya merupakan kekuatan yang luar biasa di Bumi.

Cahaya sangat penting untuk mendukung kehidupan di Bumi. Cahaya merupakan salah satu jenis radiasi elektromagnetik, karena terdiri dari energi berupa medan listrik dan medan magnet. Radiasi elektromagnetik bergerak sebagai gelombang yang disebabkan oleh osilasi medan listrik dan magnet. Yang disebut sebagai panjang gelombang adalah jarak antara puncak-puncak dalam suatu pola gelombang. Spektrum elektromagnetik mencakup semua kemungkinan panjang gelombang radiasi elektromagnetik, dari panjang gelombang yang relatif pendek (sinar gamma) hingga panjang gelombang yang lebih panjang (gelombang radio).

Cahaya tampak adalah rentang panjang gelombang yang terdeteksi oleh mata manusia, umumnya antara 380-740 nm. Cahaya tampak inilah yang menyediakan energi untuk mendorong fotosintesis. Fisikawan juga telah menemukan bahwa cahaya memiliki sifat yang merupakan karakteristik partikel. Albert Einstein merumuskan teori cahaya foton di mana ia mengusulkan bahwa cahaya terdiri dari partikel yang disebut foton, yaitu partikel tak bermassa yang bergerak dalam pola seperti gelombang dan bergerak dengan kecepatan cahaya, yakni sekitar 300 juta meter/detik. Setiap foton mengandung sejumlah energi tertentu. Perbedaan penting antara berbagai jenis radiasi elektromagnetik adalah jumlah energi yang ditemukan dalam foton. Radiasi dengan panjang gelombang yang lebih pendek membawa lebih banyak energi per satuan waktu daripada radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Misalnya, foton sinar gamma membawa lebih banyak energi daripada gelombang radio.

Matahari memancarkan seluruh spektrum radiasi elektromagnetik, tetapi atmosfer mencegah sebagian besar radiasi ini mencapai permukaan bumi. Lapisan ozon membentuk perisai tipis di bagian atas atmosfer, melindungi kehidupan di Bumi dari sebagian besar sinar ultraviolet matahari. Meski begitu, sejumlah besar radiasi elektromagnetik mencapai permukaan bumi. Efek cahaya pada organisme hidup sangat bergantung pada energi foton yang mencapai mereka.

Sinar matahari yang mencapai permukaan bumi terdiri dari tiga komponen utama spektrum elektromagnetik: radiasi ultraviolet, cahaya tampak, dan radiasi inframerah. Dari ketiganya, radiasi ultraviolet memiliki panjang gelombang terpendek. Foton berenergi tinggi merusak DNA, menyebabkan kulit terbakar sinar matahari dan kanker kulit. Di kisaran tengah panjang gelombang adalah cahaya tampak, yang menyediakan energi yang menggerakkan fotosintesis; kita melihat cahaya tampak dari panjang gelombang yang berbeda sebagai warna yang berbeda. Radiasi inframerah, dengan panjang gelombang yang lebih panjang, mengandung terlalu sedikit energi per foton untuk berguna bagi organisme. Sebagian besar energinya segera diubah menjadi panas.

Foton yang terdapat pada sinar gamma, sinar X, dan sinar UV memiliki energi yang sangat tinggi. Ketika molekul dalam sel menyerap energi seperti itu, efeknya bisa sangat menghancurkan. Jenis radiasi seperti itu dapat menyebabkan mutasi pada DNA dan bahkan menyebabkan kanker. Sebagai perbandingan, energi foton yang ditemukan dalam cahaya tampak jauh lebih ringan. Molekul dapat menyerap energi ini dengan cara yang tidak menyebabkan kerusakan permanen.

Terdapat tiga kemungkinan apabila cahaya mengenai suatu material. Pertama, cahaya hanya akan melewati objek. Kedua, objek dapat mengubah jalur cahaya ke arah yang berbeda. Kemungkinan ketiga adalah objek dapat menyerap cahaya. Istilah pigmen digunakan untuk menggambarkan molekul yang dapat menyerap energi cahaya. Ketika cahaya mengenai pigmen, beberapa panjang gelombang energi cahaya diserap, sementara yang lain dipantulkan.

Misalnya, daun terlihat hijau bagi kita karena memantulkan energi pancaran dari panjang gelombang hijau. Berbagai pigmen di daun menyerap panjang gelombang energi cahaya lainnya. Pada tumbuhan, molekul pigmen yang berbeda menyerap energi cahaya yang digunakan untuk mendorong fotosintesis. Pada tahun 1930, seorang ahli kimia Jerman, Jerman Hans Fischer menemukan dua jenis pigmen klorofil, disebut klorofil a dan klorofil b pada tumbuhan hijau dan ganggang hijau. Dalam kloroplas, baik klorofil a dan b terikat pada protein membran integral dalam membran tilakoid.