Fotodelen skjer i tylakoidmembranene i kloroplasten. Her sitter fotosystem 2 og fotosystem 1, som begge inneholder klorofyll og andre fargestoffer.

Når lys treffer fotosystem 2, blir energien fanget opp av klorofyll. Et elektron i klorofyllet blir eksitert, altså løftet til et høyere energinivå. Det eksiterte elektronet blir sendt videre til en elektronmottaker i tylakoidmembranen.

Fotosystem 2 må få tilbake elektronet det mistet. Det skjer ved at vann spaltes (fotolyse):

Oksygengassen er et avfallsstoff fra denne spaltingen.

Elektronene går videre gjennom en elektrontransportkjede av molekyler i tylakoidmembranen. For hvert ledd avgir elektronet litt energi. Denne energien brukes til å pumpe ${\mathrm{H}}^{+}$ fra stroma og inn i tylakoidrommet. Det bygges dermed opp en høy konsentrasjon av ${\mathrm{H}}^{+}$ inne i tylakoidrommet, altså en protongradient.

Protonene strømmer tilbake til stroma gjennom enzymet ATP-syntase. Energien i strømmen brukes til å binde fosfat til ADP, slik at det dannes ATP. Denne prosessen kalles fotofosforylering, og den bygger på kjemiosmose.

I fotosystem 1 blir elektronet eksitert av lys en gang til. Herfra går det via ferredoksin til enzymet $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$-reduktase, som overfører elektroner og ${\mathrm{H}}^{+}$ til $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{+}$:

Lysenergien er nå bundet kjemisk i ATP og NADPH. Begge stoffene går videre til syntesedelen (Calvinsyklusen), der energien brukes til å bygge karbohydrater av $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$.