Para fotossíntese oxigenada, ambos os sistemas fotográficos I e II são necessários. A fotossíntese oxigenada pode ser realizada por plantas e cianobactérias; acredita-se que as cianobactérias são os progenitores do fotosistema contendo cloroplastos de eucariotas. As bactérias fotossintéticas que não podem produzir oxigénio têm um único fotossistema semelhante a.
Quando o fotossistema II absorve luz, os electrões do centro de reacção clorofila são excitados a um nível de energia mais elevado e são aprisionados pelos aceitadores primários de electrões.
Os electrões fotoexcitados viajam através do complexo do citocromo b6f até ao fotossistema I, através de uma cadeia de transporte de electrões estabelecida na membrana tilacóide. Esta queda de energia é aproveitada, (todo o processo denominado quimiossimose), para transportar hidrogénio (H+) através da membrana, para o lúmen tilacóide, para fornecer uma potencial diferença de energia entre o espaço do lúmen tilacóide e o estroma cloroplástico, o que equivale a uma força protão-motiva que pode ser utilizada para gerar ATP. Os protões são transportados pela plastoquinona. Se os electrões só passam uma vez, o processo é denominado fotofosforilação não cíclica.
Quando o electrão chega ao fotossistema I, preenche o défice de electrões da clorofila do centro de reacção do fotossistema I.ATP é gerado quando o ATP sintase transporta os protões presentes no lúmen para o estroma, através da membrana. Os electrões podem continuar a passar pelo transporte cíclico de electrões em torno da PS I ou passar, através da ferredoxina, para a enzima NADP+ reductase. Os electrões e os iões de hidrogénio são adicionados ao NADP+ para formar o NADPH. Este agente redutor é transportado para o ciclo Calvin para reagir com o glicerato 3-fosfato, juntamente com o ATP para formar o gliceraldeído 3-fosfato, o bloco de construção básico a partir do qual as plantas podem fazer uma variedade de substâncias.