Fotosentez, hücrenin kloroplastında iki aşamada gerçekleşir: ışık aşaması ve karanlık sahne. Her aşama kloroplastın farklı bir bölümünde gerçekleşir.
Fotosentezin ışık aşamasında, kloroplast güneşin ışığını emer. Bu, güneş ışığını kimyasal enerjiye dönüştürmekle başlayarak bir dizi kimyasal reaksiyon başlatır. About.com'a göre üç çeşit enerji üretiliyor: ATP, NADPH ve oksijen, hepsi de fotosentezin karanlık aşamasında kullanılıyor. Işık aşaması, grananın thylakoid yığınlarında gerçekleşir. Grana mikroskop altında görülebilir. Thylakoids, ışığın emilimini sağlayan yeşil bir bitki pigmenti olan klorofil içerir. Thylakoids ayrıca fotosentez sürecinde ihtiyaç duyulan önemli proteinleri de içerir. Bu yapılar karanlık fotosentez aşamasının gerçekleştiği stromada bulunur.
Karanlık aşamada, karbondioksit ATP ve NADPH yardımı ile şeker veya karbonhidratlara dönüştürülür. Buna karşılık olarak şeker bitkinin normal işlevini yerine getirmesi için enerji sağlar. Bu süreç aynı zamanda kendi içinde üç aşaması olan Calvin döngüsü olarak da adlandırılır: karbon tespiti, azaltma ve rejenerasyon. Calvin döngüsü, kloroplast içinde tiylakoidler ve kloroplast DNA gibi diğer yapıları içeren yoğun bir akışkan olan stromada gerçekleşir.
