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光具粒子性與波動性
粒子性 : E=hν (E:能量; h: 浦朗克常數, Planck’s constant,6.626×10-34Js;ν:頻率)
光的粒子稱為光子 (photo)，各光子所攜帶的能量為量子 (quantum)，光能是不連續的，當波長越長其所含有能量越小，短波所含有的能量較高。
波動性 : c=λν (c: 波速; λ:波長; ν:頻率)
光波是屬於橫向的電磁波，由電場與磁場所組成。電場與磁場方向是相互垂直的，而且也和光波前進方向成90°。
葉綠素分子由低能量的基態 (chl.) 吸光後會成為高能量的激發態 (chl.*)，即chl.+hν→chl.*，吸收藍光後的chl.*含有的能量比吸收紅光者高。要使分子從chl.**回到chl.*可將能量轉換成熱放出; chl.*要回到chl.除了放熱外，可將能量以螢光的方式釋出。在光合作用中則是利用能量趨動一連串的化學反應，並使葉綠素分子返回基態。
激發態的分子經由光化學反應回到基態 (衰變, decay) 時所產生的能量變化可以量子效率 (quantum yield, QY, Φ) 來加以定量表示，Φphotochemistry=yield of photochemical products/total number of quanta absorbed)。若整個反應沒有牽涉到分子的衰變則Φ為0，若反應常有衰變則Φ為1，某分子衰變的所有可能發生途徑的Φ總合必定為1.0。光合作用中Φ的計算主要是經由氧氣產生的測定做為反應進行的指標。氧氣產生的最大Φ值約為0.1，也就是說每吸收10個光子就會放出一個氧分子。量子效率的倒數為量子需量 (quantum yield)。趨動光合作用所需要的能量是由光合作用色素所吸收
與光合作用有關的色素都是在葉綠體中，葉綠素中都有一個與血紅素中類似porphyrin的環狀構造，並接上一條與膜體相接的鏈狀結構，環狀結構中的雙鍵可用來參與電子傳遞與氧化還原反應。
光合系統包括了收集光能的天線與光化學反應中心
葉綠素與其他色素所吸收的能量會貯存於化學鍵結中，整個能量的傳遞是由許多色素與電子傳遞蛋白質合作完成，就如同天線 (antenna) 接收電子，各色素主要工作是收集光能並傳到反應中心 (reaction center)，一連串與能量貯藏有關的化學反應就在反應中心發生。
真核生物的光合系統是葉綠體內的膜體構造上，原核生物則在細胞膜或膜體衍生物上。
紅落
(red drop)
光合作用量子效率與波長間關係的測量可以得到一個現象-紅落效應。在葉綠素吸光範圍內不論波長為何，其量子效率都維持在一定的程度，表示由葉綠素或其他色素所吸收的任何光子，其趨動光合作用的效果相同。會在超過紅光範圍 (>680 nm) 的量子效率會有明顯的下降。這不只表示對光的吸收停止，而且>680 nm的光在光合作用中的效率是比<680 nm波長的光小。
加強效應
(enhancement effect)
1957年Emerson等人利用二種不同的單色光進行光合作用速率的測量，單獨波長的光合效率較低，而二種光波同時處理的效率較高，比單色光的效率加倍後還要高。
拮抗效應
(antagonistic effect)