光合作用（Photosynthesis）是绿色植物（如藻类等）利用叶绿素等光和色素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化为有机物，并释放氧气的生产过程。光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”，是因为植物能够通过光合作用利用无机物生产有机物并储存能量，通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所存储的能量。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。同时，地球上的碳氧循环，光合作用也是必不可少的。
很久很久以前，人们就开始了对光合作用这一现象的研究。20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了“光合作用中释放出氧气到底是来自水，还是二氧化碳”这个问题，得到氧气全部来自水的结论。随着研究的深入，科学家发现，光合作用不是起源于植物和海藻，而是起源于细菌。
展望未来，光合作用研究最突出的特点是多学科的交叉和渗透，并与开拓广阔和深远的应用前景想结合。在我国一级学科交叉，通过生命科学、物理学和化学的有机结合，用于开发作物基因表型诱导调控表达技术（GPIT），是世界上第一个成功解决了提高光合作用效率的难题。
提高农作物产量有多种途径，其中之一是提高作物光合作用效率，而如何提高是一个世界性难题，至今未有成功的报道。而GPIT技术率先解决了这一难题，利用GPIT技术，不同作物的光合作用效率可提高50%以上。
光合作用对农业生产，开辟太阳能利用的新途径，研制新一代生物电子器件，这些都是未来科学和材料科学发展的研究的方向。
