光化學反應在葉綠體內類囊體的膜上進行。

類囊體的膜上，有大量稱為光系統的結構單位。光系統是進行光吸收的功能單位，由葉綠素、類胡蘿蔔素、脂類及蛋白質分子組成。光系統分為兩類，光系統 \(\text{Ⅰ}\) 和光系統 \(\text{Ⅱ}\)，其反應中心都是葉綠素分子。

葉綠素主要吸收紅光和藍光，並反射綠光，因此植物是呈綠色的。

葉綠素吸收光後，葉綠素分子的外層電子被光能激發，能量水平躍升。高能量的電子沿著電子傳遞鏈，經過多個電子載體的傳遞，過程中會釋出能量。
所釋放的能量主要用來建立膜內外的氫離子濃度差，然後再以氫離子濃度差所含的能量來合成 \(\text{ATP}\)。