一些生物体能够从阳光中获取能量并利用它来生产有机化合物，这个过程被称为光合作用，对生命至关重要，因为它为生产者和消费者提供能量。光合生物，也称为光合自养生物，是能够进行光合作用的生物，一些生物包括更高的植物，一些原生生物，和细菌。
在光合作用中，光能转化为化学能，以葡萄糖的形式储存。无机化合物用于生产葡萄糖、氧气和水。光合生物使用碳来产生有机分子并建立生物质量，作为光合作用的副产品产生的氧气被许多生物体用于细胞呼吸，大多数生物直接或间接依靠光合作用来获取营养，异养生物体，例如动物、大多数细菌和真菌，不能进行光合作用或从无机来源产生生物化合物，因此，它们必须消耗光合生物和其他自养生物才能获得这些物质。
光合作用的植物出现在专门的细胞器称为叶绿体，叶绿体存在于植物叶子中，含有色素叶绿素，这种绿色色素吸收发生光合作用所需的光能，叶绿体包含一个内部膜系统，该系统由称为类囊体的结构组成，类囊体是将光能转化为化学能的场所，二氧化碳在称为碳固定或卡尔文循环的过程中转化为碳水化合物。该碳水化合物可以以淀粉形式储存，用于呼吸，或用于生产纤维素，在这个过程中产生的氧气通过植物叶子上的气孔被释放到大气中。
植物在养分循环中发挥着重要作用，特别是碳和氧，水生植物和陆生植物通过从空气中去除二氧化碳来帮助调节大气中的碳。植物对于氧气的生产也很重要，氧气作为光合作用的宝贵副产品释放到空气中。
藻类是具有植物和动物特征的真核生物，像动物一样，藻类能够以环境中的有机物质为食，一些藻类还包含在动物细胞中发现的细胞器和结构，例如鞭毛和中心粒。像植物一样，藻类含有称为叶绿体的光合细胞器，叶绿体含有叶绿素，一种吸收光能进行光合作用的绿色色素，藻类还含有其他光合色素，如类胡萝卜素和藻胆素。
藻类可以是单细胞的，也可以作为大型多细胞物种存在。它们生活在各种栖息地，包括咸水和淡水水生环境、潮湿的土壤或潮湿的岩石上。在海洋和淡水环境中都发现了称为浮游植物的光合藻类。大多数海洋浮游植物由硅藻和甲藻组成。大多数淡水浮游植物由绿藻和蓝藻组成。浮游植物漂浮在水面附近，以便更好地接触光合作用所需的阳光。光合藻类对碳和氧等营养物质的全球循环至关重要。它们从大气中去除二氧化碳并产生全球一半以上的氧气供应。
眼虫是属单细胞原生生物眼虫，科学家们现在相信它们不是藻类，而是通过与绿藻的内共生关系获得了光合作用能力。因此，眼虫被置于眼虫门中。
蓝藻是含氧光合细菌，它们收集太阳能、吸收二氧化碳并释放氧气。与植物和藻类一样，蓝藻含有叶绿素，并通过碳固定将二氧化碳转化为糖。与真核植物和藻类不同，蓝藻是原核生物。它们缺乏在植物和藻类中发现的膜结合核、叶绿体和其他细胞器。相反，蓝藻具有双层外细胞膜和折叠的内类囊体膜，用于光合作用.蓝藻还能够固氮，这是一个将大气中的氮转化为氨、亚硝酸盐和硝酸盐的过程。这些物质被植物吸收以合成生物化合物。
蓝藻存在于各种陆地生物群落和水生环境中。有些被认为是极端微生物，因为它们生活在极端恶劣的环境中，例如温泉和高盐度海湾，蓝藻也以浮游植物的形式存在，可以生活在其他生物体中，例如真菌、原生生物和植物，蓝藻含有色素藻红蛋白和藻蓝蛋白，它们是蓝绿色的原因，由于它们的外观，这些细菌有时被称为蓝绿藻，尽管它们根本不是藻类。
无氧光合细菌是不产生氧气的光合自养生物，相反，他们使用氢、硫化氢或硫作为电子供体。无氧光合细菌也不同于蓝藻，因为它们没有叶绿素来吸收光。它们含有细菌叶绿素，能够吸收比叶绿素更短波长的光。因此，在较短波长的光能够穿透的深水区中，往往会发现含有细菌叶绿素的细菌。
无氧光合细菌包括紫色细菌和绿色细菌，紫色细菌细胞有多种形状，这些细胞可以是运动的或非运动的，紫硫细菌常见于水生环境和硫磺泉中，其中存在硫化氢且缺乏氧气。紫色非硫细菌利用比紫色硫细菌更低浓度的硫化物，并将硫沉积在细胞外而不是细胞内。绿色细菌细胞通常呈球形或杆状，并且细胞主要是非运动的，绿硫细菌利用硫化物或硫进行光合作用，在有氧的情况下无法生存，它们将硫沉积在细胞外，绿色细菌在富含硫化物的水生栖息地中茁壮成长，有时会形成绿色或棕色的花朵。