În fotosinteza oxigenată, cianobacteriile și cloroplastele plantelor și algelor transformă dioxidul de carbon, apă și fotoni în carbohidrați și oxigen liber. Numai o parte din acest oxigen este folosit de organism; restul este eliberat în atmosferă.
Din perspectiva cloroplastei, oxigenul este deșeu. Carbonul din dioxidul de carbon și hidrogenul din apă sunt combinate electrochimic în carbohidrați și o mare parte a oxigenului nu mai este utilizată în organism. Când fotosinteza oxigenată a evoluat mai întâi acum 2 miliarde de ani, rezultatul a fost o catastrofă globală, deoarece noul poluant, oxigenul diatomic, a provocat extincții în masă.
Ca componente semi-independente ale celulelor, cloroplastele sunt remarcabil de asemănătoare atât în formă, cât și în funcție. Acest lucru a dus la o teorie susținută pe scară largă că acestea provin dintr-un strămoș comun care sa încorporat în celulele plantelor și algelor într-o relație simbiotică, similară cu mitocondria la om. Celula oferă apă și protecție pentru cloroplast, iar cloroplastul eliberează moleculele care conțin energie în celulă.
În timp ce clorofila pigmentului, care dă plantelor și algele verzi culoarea lor, este puternic asociată cu fotosinteza oxigenică, nu este necesară pentru aceasta. Alți pigmenți, cum ar fi carotenii și xantofilele, sunt obișnuiți în plante cum ar fi grâul. Algele albe și roșii au propriile lor pigmenți.
