التفاعل الضوئي هو المرحلة الأولى من التمثيل الضوئي التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مخزنة في جزيئات حاملة للطاقة مثل ATP وNADPH بواسطة أنظمة صبغية ومجمعات بروتينية في البنى الضوئية للنباتات والطحالب والبكتيريا الحقيقية، وتزود هذه الجزيئات لاحقًا توقيع دورة تركيب السكريات لتحويل CO2 إلى مركبات عضوية مثل الجلوكوز.

قبل ظهور عملية التمثيل الضوئي، كان غلاف الأرض الجوي يكاد يخلو من الأكسجين الحر، إذ لم تكن الكائنات الحية الدقيقة المنتجة له قد انتشرت بعد بالقدر الذي يسمح بتراكمه في الهواء. وقد شكّل ظهور التمثيل الضوئي تحولاً جوهرياً في تاريخ الكوكب، لأنه أتاح تدريجياً زيادة نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي، الأمر الذي مهّد لظهور أشكال حياة أكثر تعقيداً واعتماداً على التنفس الهوائي.

«كورسيا» هو جنس من النباتات الصغيرة التي تفتقر إلى الكلوروفيل، ولذلك لا تعتمد على التمثيل الضوئي في إنتاج غذائها، بل تعيش متطفلة على الفطريات للحصول على عناصرها الغذائية. ويجعلها هذا النمط من التغذي جزءاً من النباتات غير الخضراء التي ترتبط حياتها ارتباطاً وثيقاً بكائنات أخرى في التربة، بدل الاعتماد المباشر على الضوء كما تفعل معظم النباتات.

التحفيز الضوئي عملية تسريع معدلات تفاعل ضوئي بواسطة حفاز يمتص فوتونات الضوء فينتقل إلى حالة مثارة تتفاعل مع مادة متفاعلة، فتتولد جذور كيميائية أو وسائط نشطة تدخل في تفاعلات ثانوية؛ ويكون التحفيز الضوئي متجانسًا إذا كانت كل الأطوار متطابقة وغير متجانس عندما يشارك حفاز في طور مختلف، ويُستخدم مثلًا ثنائي أكسيد التيتانيوم TiO2 لتحفيز تفكك الماء ضوئيًا.

تعتمد النباتات غير القادرة على التمثيل الضوئي التابعة للفصيلة الفرعية «مونوتروبوييديا» اعتماداً مزدوجاً على فطريات الجذور للحصول على غذائها، وعلى النحل الطنان لإتمام عملية التلقيح. وبذلك ترتبط هذه النباتات بعلاقة حيوية معقدة؛ إذ تنال مادتها الغذائية عبر الشبكات الفطرية، بينما تنتقل حبوب لقاحها بواسطة النحل الطنان، رغم أنها لا تنتج غذاءها بنفسها عبر الضوء.