Фотосинтез напрямую или косвенно обеспечивает энергией почти все живые существа на планете. Все зеленые растения, водоросли, и микроорганизмы используют одинаковый механизм получения глюкозы из воды и углекислого газа под действием солнечного света. Однако эффективность фотосинтеза невелика: в глюкозе и других продуктах фотосинтеза запасается обычно 1-2% от энергии падающего света.

Частично неэффективность фотосинтеза вызвана тем, что фотосинтез появился больше двух миллиардов лет назад, когда в атмосфере Земли еще не было кислорода. Из-за этого при фиксации углекислого газа ключевой энзим (по имени RuBisCO) делает ошибку примерно в одном случае из четырех, и вместо углекислого газа реакция происходит с кислородом. Подобный процесс называется фотореспирацией и понижает эффективность фотосинтеза и продуктивность сельскохозяйственных культур почти вдвое.