Diketahui bahwa cahaya matahari yang diabsorbsi langsung oleh klorofil menghasilkan fotosintesis yang kurang efisien daripada bila diterima lewat pigmen tambahan. Dengan menggunakan cahaya monokromatis diketahui bahwa bila diberi cahaya diatas 680 nm (merah) hasil fotosintesis turun cepat. Peristiwa ini disebut red drop. Peristiwa ini dapat diatasi dengan pemberian cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek efek dua cahaya yang berbeda panjang gelombangnya dan menghasilkan kecepatan fotosintesis yang lebih besar dari pada jumlah masing-masing efek cahaya tunggal, disebut efek Emerson (1950).
Tidak semua molekul klorofil kalau terkena cahaya menjadi aktif, karena energi yang diperlukan belum cukup. Energi cahaya itu akan diteruskan kepada molekul lain dan seterusnya sampai mencapai tempat aktifnya. Misalnya dari klorofil a ke klorofil b, klorofil b ke klorofil a, karotenoid ke klorofil a.
Bila semua energi yang diterima molekul-molekul pigmen itu dikumpulkan pada suatu molekul pusat maka energinya akan cukup besar untuk membuat molekul itu terangsang untuk kembali ke keadaan semula, kelebihan energi ini dapat dilepaskan dalam bentuk energi kimia atau energi radiasi fluresen atau fosforesen.
Dua kelompok pigmen bekerja sama dalam fotosintesis. Gelombang merah yang panjang diabsobsi oleh satu fotosistem disebut fotosistem I (FS-I). Bila menyerap (mengabsobsi) panjang gelombang yang lebih pendek dari 680 nm, disebut fotosistem II (FS-II). Fotosistem akan maksimum bila fotosistem I dan II berfungsi bersama-sama. FS-I terdiri dari karotenoid (λ 430 – 490 nm) klorofil a dan P-700. Klorofil a 683 mempunyai absobsi maksimum pada λ 683 nm, P-700 mempunyai absorbs maksimum pada λ 700 nm. Sedangkan FS-II terdiri dari klorofil a 673 (absobsi maksimum pada λ = 673nm) dan klorofil b (λ = 455-640 nm).
Cara kerja fotosistem, misal FS-I adalah sebagai berikut. Energi foton diabsobsi karotenoid dan klorofil a 683. Energi diteruskan ke P-700. Mekanisme pemindahan energi diantara molekul pigmen terjadi melaui proses resonansi induktif. Dengan cara ini energi dapat dipindahkan dari karotenoid ke klorofil a 683. Dari klorofil a 683 ke karotenoid energi tidak dapat dipindahkan, karena untuk menjadikan karotenoid tereksitasi diperlukan lebih banyak energi. Energi yang mencapai pusat reaksi P-700 akan menyerap panjang gelombang yang lebih panjang (energi lebih rendah) dari pigmen sekitarnya, melalui proses fotofosforilasi.
Fotofosforilasi dibedakan menjadi fotofosforilasi siklik dan non-siklik. Pada fotofosforilasi non-siklik, aliran elektron dari H2O (hasil fotolisis) ke feredoksin melalui pembawa elektron, memerlukan keikutsertaan kedua pigmen (FS - I dan II) dan meghasilkan ATP. Sintesis ATP kemungkinan terjadi pada sitokrom B6 dan sitokrom f. Elektron dari H2O diangkut satu arah ke feredoksin dan akhirnya digunakan untuk mereduksi NADP menjadi NADPH. Elektron tidak didaurkan, tetapi digunakan oleh reaksi fiksasi CO2. Jadi sintesis ATP yang terjadi menurut cara aliran elektron ini disebut fotofosforilasi non-siklik.
Pada kondisi yang melibatkan fotofosforilasi non-siklik, jaringan yang berfotosintesis melakukan jalur lain untuk sintesis ATP. Cara untuk meniadakan fotofosforilasi non-siklik adalah menyinari kloroplas dengan λ lebih besar dari 680 nm. Pada kondisi ini FS-I yang diaktifkan dan elektron tidak diambil dari H2O. Ini diitunjukkan dari tidak dibentuknya O2 pada keadaan ini. Jika aliran elektron dari H2O dihentikan, fotofosforilasi non-siklik juga berhenti dan akibatnya fiksasi CO2 dihambat. Jika fiksasi CO2 dihambat, NADP teroksidasi tidak lagi tersedia sebagai penerima elektron dari Feredoksin.
Aktifasi FS-I oleh cahaya lebih besar dari 680 nm, menyebabkan electron mengalir dari P-700 ke feredoksin. Feredoksin tidak mampu meneruskan electron ke NADP akan menyerahkan elektron itu ke sitokrom B6. Sitokrom B6 selanjutnya meneruskan elektron melaui sitokrom f dan plastosianin ke P-700. Sintesis ATP terjadi antara feredoksin dan sitokrom B6 dan antara sitikrom B6 dan sitokrom f (fotofosforilasi siklik). Skema yang mengambarkan starnsfer elektron yang di induksi cahaya dalam fotosintesis yang menunjukkan fotofosforilasi siklik dan non-siklik disebut dengan skema Z.
