一些生物體能夠從陽光中獲取能量並利用它來生產有機化合物，這個過程被稱為光合作用，對生命至關重要，因為它為生產者和消費者提供能量。光合生物，也稱為光合自養生物，是能夠進行光合作用的生物，一些生物包括更高的植物，一些原生生物，和細菌。
在光合作用中，光能轉化為化學能，以葡萄糖的形式儲存。無機化合物用於生產葡萄糖、氧氣和水。光合生物使用碳來產生有機分子並建立生物質量，作為光合作用的副產品產生的氧氣被許多生物體用於細胞呼吸，大多數生物直接或間接依靠光合作用來獲取營養，異養生物體，例如動物、大多數細菌和真菌，不能進行光合作用或從無機來源產生生物化合物，因此，它們必須消耗光合生物和其他自養生物才能獲得這些物質。
光合作用的植物出現在專門的細胞器稱為葉綠體，葉綠體存在於植物葉子中，含有色素葉綠素，這種綠色色素吸收發生光合作用所需的光能，葉綠體包含一個內部膜系統，該系統由稱為類囊體的結構組成，類囊體是將光能轉化為化學能的場所，二氧化碳在稱為碳固定或卡爾文迴圈的過程中轉化為碳水化合物。該碳水化合物可以以澱粉形式儲存，用於呼吸，或用於生產纖維素，在這個過程中產生的氧氣透過植物葉子上的氣孔被釋放到大氣中。
植物在養分迴圈中發揮著重要作用，特別是碳和氧，水生植物和陸生植物透過從空氣中去除二氧化碳來幫助調節大氣中的碳。植物對於氧氣的生產也很重要，氧氣作為光合作用的寶貴副產品釋放到空氣中。
藻類是具有植物和動物特徵的真核生物，像動物一樣，藻類能夠以環境中的有機物質為食，一些藻類還包含在動物細胞中發現的細胞器和結構，例如鞭毛和中心粒。像植物一樣，藻類含有稱為葉綠體的光合細胞器，葉綠體含有葉綠素，一種吸收光能進行光合作用的綠色色素，藻類還含有其他光合色素，如類胡蘿蔔素和藻膽素。
藻類可以是單細胞的，也可以作為大型多細胞物種存在。它們生活在各種棲息地，包括鹹水和淡水水生環境、潮溼的土壤或潮溼的岩石上。在海洋和淡水環境中都發現了稱為浮游植物的光合藻類。大多數海洋浮游植物由矽藻和甲藻組成。大多數淡水浮游植物由綠藻和藍藻組成。浮游植物漂浮在水面附近，以便更好地接觸光合作用所需的陽光。光合藻類對碳和氧等營養物質的全球迴圈至關重要。它們從大氣中去除二氧化碳併產生全球一半以上的氧氣供應。
眼蟲是屬單細胞原生生物眼蟲，科學家們現在相信它們不是藻類，而是透過與綠藻的內共生關係獲得了光合作用能力。因此，眼蟲被置於眼蟲門中。
藍藻是含氧光合細菌，它們收集太陽能、吸收二氧化碳並釋放氧氣。與植物和藻類一樣，藍藻含有葉綠素，並透過碳固定將二氧化碳轉化為糖。與真核植物和藻類不同，藍藻是原核生物。它們缺乏在植物和藻類中發現的膜結合核、葉綠體和其他細胞器。相反，藍藻具有雙層外細胞膜和摺疊的內類囊體膜，用於光合作用。藍藻還能夠固氮，這是一個將大氣中的氮轉化為氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。這些物質被植物吸收以合成生物化合物。
藍藻存在於各種陸地生物群落和水生環境中。有些被認為是極端微生物，因為它們生活在極端惡劣的環境中，例如溫泉和高鹽度海灣，藍藻也以浮游植物的形式存在，可以生活在其他生物體中，例如真菌、原生生物和植物，藍藻含有色素藻紅蛋白和藻藍蛋白，它們是藍綠色的原因，由於它們的外觀，這些細菌有時被稱為藍綠藻，儘管它們根本不是藻類。
無氧光合細菌是不產生氧氣的光合自養生物，相反，他們使用氫、硫化氫或硫作為電子供體。無氧光合細菌也不同於藍藻，因為它們沒有葉綠素來吸收光。它們含有細菌葉綠素，能夠吸收比葉綠素更短波長的光。因此，在較短波長的光能夠穿透的深水區中，往往會發現含有細菌葉綠素的細菌。
無氧光合細菌包括紫色細菌和綠色細菌，紫色細菌細胞有多種形狀，這些細胞可以是運動的或非運動的，紫硫細菌常見於水生環境和硫磺泉中，其中存在硫化氫且缺乏氧氣。紫色非硫細菌利用比紫色硫細菌更低濃度的硫化物，並將硫沉積在細胞外而不是細胞內。綠色細菌細胞通常呈球形或桿狀，並且細胞主要是非運動的，綠硫細菌利用硫化物或硫進行光合作用，在有氧的情況下無法生存，它們將硫沉積在細胞外，綠色細菌在富含硫化物的水生棲息地中茁壯成長，有時會形成綠色或棕色的花朵。
