L'energia luminosa può essere utilizzata dai sistemi viventi solo se prima viene assorbita. Qualsiasi sostanza che sia in grado di assorbire la luce è definita un pigmento. Alcuni pigmenti assorbono tutte le lunghezze d'onda della luce e perciò appaiono neri, altri assorbono solo certe lunghezze d'onda, trasmettendo o riflettendo le lunghezze :d'onda che non assorbono . Per esempio la clorofilla, il pigmento che rende verdi le foglie, assorbe le lunghezze d'onda del violetto, del blu e anche del rosso, ma, poiché riflette la luce verde, appare verde.

Gruppi differenti di piante e di alghe utilizzano nella fotosintesi tipi diversi di pigmenti. Ci sono parecchi tipi di clorofilla che variano leggermente nella loro struttura molecolare. Negli organismi eucarioti foto sintetici (piante e alghe) la clorofilla a è il pigmento direttamente interessato alla trasformazione dell'energia luminosa in energia chimica. Molte cellule fotosintetiche contengono anche un secondo tipo di clorofilla (nelle piante e nelle alghe verdi è la clorofilla b) oltre che i rappresentanti di un altro gruppo di pigmenti, i carotenoidi, di colore rosso, arancione o giallo. In genere nelle foglie i colori dei carotenoidi sono mascherati dal verde delle clorofille, che sono i pigmenti più abbondanti; invece, in alcuni tessuti, come quelli del pomodoro maturo, o nelle cellule delle foglie quando in autunno cessano di sintetizzare la clorofilla, i colori dei carotenoidi predominano.

La clorofilla b e i carotenoidi sono in grado di assorbire la luce a lunghezze d'onda diverse da quelle assorbite dalla clorofilla a e sembra che possano passare l'energia alla clorofilla a ampliando, in questo modo, lo spettro di luce disponibile per la fotosintesi.

Quando i pigmenti assorbono luce, gli elettroni, all'interno delle loro molecole, vengono spinti a livelli di energia superiori; nella maggior parte dei casi, gli elettroni ridiscendono quasi immediatamente ai loro livelli energetici di partenza e l'energia liberata può (1) essere assorbita da una molecola vicina, i cui elettroni vengono spinti a livelli di energia più alti; (2) essere dissipata come calore; o (3) essere riemessa come energia luminosa di lunghezza d'onda maggiore, un fenomeno detto fluorescenza.

In altri casi, invece, l'energia assorbita innesca una reazione chimica. L'energia assorbita dal pigmento spinge gli elettroni fuori dalla molecola, che pertanto si ossida, e questi elettroni ad alta energia sono immediatamente accettati da un'altra molecola, che perciò si riduce. Se avverrà o meno una reazione chimica dipende non soltanto dalla struttura di quel particolare pigmento, ma anche dalle sue relazioni con le molecole vicine. La clorofilla riesce a convertire l'energia luminosa in energia chimica, un processo che inizia con una semplice reazione di ossidoriduzione, soltanto quando è associata a certe proteine e si trova in una membrana specializzata.