En la fotosíntesis oxigenada, las cianobacterias y los cloroplastos de las plantas y las algas convierten el dióxido de carbono, el agua y los fotones en carbohidratos y oxígeno libre. El organismo solo utiliza una parte de este oxígeno. el resto se libera a la atmósfera.
Desde la perspectiva del cloroplasto, el oxígeno es un desecho. El carbono del dióxido de carbono y el hidrógeno del agua se combinan electroquímicamente en carbohidratos, y gran parte del oxígeno ya no es útil para el organismo. Cuando la fotosíntesis oxigénica se desarrolló por primera vez hace 2 mil millones de años, el resultado fue una catástrofe global, ya que el nuevo contaminante, el oxígeno diatómico, causó extinciones masivas.
Como componentes semiindependientes de las células, los cloroplastos son notablemente similares en forma y función. Esto ha llevado a una teoría ampliamente apoyada de que provienen de un ancestro común que se incorporó a las células de las plantas y las algas en una relación simbiótica, similar a la mitocondria en los seres humanos. La célula proporciona agua y protección al cloroplasto, y el cloroplasto libera sus moléculas que contienen energía en la célula.
Aunque el pigmento clorofila, que da color a las plantas y las algas verdes, está fuertemente asociado con la fotosíntesis oxigénica, no es necesario para ello. Otros pigmentos, como los carotenos y las xantofilas, son comunes en plantas como el trigo. Las algas marrones y rojas tienen sus propios pigmentos.
