Na fotossíntese oxigenada, as cianobactérias e os cloroplastos de plantas e algas transformam dióxido de carbono, água e fótons em carboidratos e oxigênio livre. Apenas parte desse oxigênio é usado pelo organismo; o resto é lançado na atmosfera.
Do ponto de vista do cloroplasto, o oxigênio é um resíduo. O carbono do dióxido de carbono e o hidrogênio da água são combinados eletroquimicamente em carboidratos, e muito do oxigênio não tem mais utilidade para o organismo. Quando a fotossíntese oxigenada evoluiu há 2 bilhões de anos, o resultado foi uma catástrofe global, pois o novo poluente, o oxigênio diatômico, causou extinções em massa.
Como componentes semi-independentes das células, os cloroplastos são notavelmente semelhantes na forma e na função. Isso levou a uma teoria amplamente sustentada de que eles se originam de um ancestral comum que se incorporou às células de plantas e algas em uma relação simbiótica, semelhante às mitocôndrias em humanos. A célula fornece água e proteção ao cloroplasto, e o cloroplasto libera suas moléculas contendo energia para dentro da célula.
Embora o pigmento clorofila, que dá cor às plantas e às algas verdes, esteja fortemente associado à fotossíntese oxigenada, não é necessário para isso. Outros pigmentos, como carotenos e xantofilas, são comuns em plantas como o trigo. Algas marrons e vermelhas têm seus próprios pigmentos.
