酸素光合成には、光化学系IとIIの両方が必要である。 酸素光合成を行うのは、植物とシアノバクテリアで、シアノバクテリアは真核生物の光化学系を含む葉緑体の祖先と考えられています。
光化学系IIが光を吸収すると、反応中心であるクロロフィルの電子がより高いエネルギーレベルに励起され、一次電子受容体に捕捉されます。
光励起された電子は、チトクロームb6f複合体を経て、チラコイド膜に設置された電子輸送チェーンを経由して光化学系Iに送られる。 このエネルギー低下を利用して、水素（H+）が膜を通ってチラコイド内腔に運ばれ、チラコイド内腔と葉緑体間質の間に電位差が生じて、ATPを生成するためのプロトン起電力が発生します。 プロトンはプラストキノンによって輸送される。
電子が光化学系Iに到達すると、光化学系Iの反応中心であるクロロフィルの電子不足を補います。ATP合成酵素が内腔に存在するプロトンを膜を介して間質に運ぶことでATPが生成されます。 電子は、PS Iの周りで環状電子輸送を続けるか、フェレドキシンを経由してNADP+還元酵素に渡されます。 電子と水素イオンがNADP+に加えられ、NADPHが形成される。 この還元剤はカルビンサイクルに運ばれ、ATPとともにグリセリン酸3リン酸と反応して、植物がさまざまな物質を作るための基本的な構成要素であるグリセルアルデヒド3リン酸を形成する。