光反應發生在葉綠體類囊膜上，主要參與的蛋白質複合物包括PSⅡ反應中心、細胞色素b6-f複合物、PSⅠ反應中心與ATP synthase。PSⅡ與PSⅠ反應中心在空間分佈上並不相連，PSⅠ是在類囊膜未堆疊的部份，而PSⅡ則是在堆疊區，天線複合物可因為蛋白質的磷酸化作用而調節兩個光合系統間的能量分佈。

        光合作用系統中由色素組成的天線構造負責將光能吸收並傳遞到反應中心，反應中心將光能轉變為化學能，經由一系列的氧化還原反應將能量貯存在分子的鍵結中。P680反應中心會進行光水解作用，從水的分解獲得失去的電子。由於類囊膜上的蛋白質複合物分佈情形，在P700反應中心周圍會有循環性電子流 (cyclic electron flow) 的產生，此一過程會形成一個ATP。光合作用最終的產物是ATP與NADPH，這兩種分子內所貯藏的高能將在接下來的碳固定反應中，提供醣類合成所必需的能量。

        光合作用系統 : 葉綠體中光能是由兩種不同的功能的單元所捕捉，稱之為光合系統 (photosystems)。吸收來的光能會趨動一系列的電子傳遞，最後貯存於電子接受者-NADP⁺；光能也可在類囊膜的兩側產生質子移動所需的能量 (proton motive force)，維持質子梯度 (proton gradient) 以合成ATP。PSⅠ-專門吸收>680 nm的光波，會產生強還原劑還原NADP⁺; PSⅡ-吸收680 nm的光波，會產生強氧化劑氧化H₂O。