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叶绿素分子吸收大部分可见光波长，但反射绿色波长，这使得植物和地球表面的大部分地区都呈现绿色。通过一种叫作光合作用的反应，叶绿素分子吸收的光被用来将大气中的二氧化碳和水转化为氧气和葡萄糖。
葡萄糖是一种简单的糖分子，是细胞的基本能量储存。葡萄糖的分解被称为呼吸作用。它可以在有氧或无氧的情况下进行，因此可以是好氧或厌氧反应。简单地说，呼吸作用是光合作用的逆转：葡萄糖变成二氧化碳和水，反应释放出能量。其方程式是这样的：
光合作用 6CO 2 +6H 2 O+来自阳光的能量→C 6 H 12 O 6 +6O 2
（二氧化碳+水+能量→葡萄糖+氧气）
有氧呼吸 C 6 H 12 O 6 +6O 2 →6CO 2 +6H 2 O+来自葡萄糖分解的能量
（葡萄糖+氧气→二氧化碳+水+能量）
无氧呼吸 C 6 H 12 O 6 →2C 3 H 6 O 3 +来自葡萄糖分解的能量
（葡萄糖→乳酸+能量）
在许多植物和其他有机体中都可以看到通过葡萄糖（有时还有其他分子）分解而产生的呼吸作用和能量释放，但只有那些提供叶绿素的生物才能用水、二氧化碳和阳光等原料生产葡萄糖——其他任何植物或有机体都必须通过食用别的生物或有机物来获取葡萄糖。
从生态学的角度讲，这意味着陆地上的绿色植物、海藻和蓝藻是“生产者”，而以它们为食或以彼此为食的有机体是“消费者”。虽然太阳的能量是生命的基本燃料，但只有生产者才能捕捉到它并将其提供给其他一切有机体。生产者也是大气氧气的提供者，大气氧气驱动各种生物（包括植物本身）的有氧呼吸的能量释放反应。
此图呈现了森林植物的多样性。阳光照射到的任何地方（即使不是全年被照射到），都是绿色植物生长的地方。
碳是地球上自然存在的94种化学元素之一，是地球上所有生命的基础。在纯态下，它有几种不同的形式，或者说同素异形体，这取决于它的原子排列方式。最著名的是石墨（当原子按层排列成蜂窝状薄片时）、钻石（当原子按照立方晶体结构排列时）和富勒烯（当原子形成一个由六边形和五边形组成的近球体，或者说“巴克球”时）。
在自然界中，碳很少以纯态存在。相反，它与其他元素以化合物的形式存在。最常见的碳化合物是二氧化碳，一个碳原子与两个氧原子结合，形成一个二氧化碳分子。另一种众所周知的天然碳化合物是甲烷，它由一个碳原子与四个氢原子结合而成，形成所谓的碳氢化合物。在较大的碳氢化合物分子中，碳原子以链的形式连接在一起，每个碳原子与另外两个碳原子及两个氢原子结合。
葡萄糖分子——光合作用形成的单糖——由六个碳原子组成，这些碳原子通过一个环相互连接，每个碳原子还连接着一个氧原子和两个氢原子。由碳、氢和氧三者组成的化合物被称为碳水化合物。
构成各种蛋白质的氨基酸也能结合碳、氢和氧，但也能向混合物中添加氮。最简单的氨基酸是甘氨酸，它由两个碳原子、一个氮原子、两个氧原子和五个氢原子组成。
因此，碳通过与一种或多种氧、氢和氮结合，存在于构成活细胞和身体的所有化合物中。这包括叶绿素a，它是光合作用中使用的主要叶绿素类型。叶绿素a的化学式为C 55 H 72 MgN 4 O 5 （其中Mg是金属元素镁的一个原子），与葡萄糖和甘氨酸相比，它的分子是巨大的，具有复杂的结构，由一簇环、中心的一个孤立的镁原子和一长条碳氢化合物尾巴组成。
数千年来，桂皮紫萁一直在利用叶绿素捕捉光子能量。和其他绿色植物一样，它将叶绿素保存在细胞内，包装在被称为叶绿体的特殊膜结合结构中。叶绿体在显微镜下看起来像绿色的小斑点，聚集在充满每个细胞的透明液体中。
地球上最早的光合作用物质蓝藻在显微镜下看起来也像小绿点，但它们将叶绿素分子保存到将其结合在一起的简单折叠的膜中。绿色植物可能是在单细胞生物吞噬（但没有破坏）蓝藻，利用蓝藻通过光合作用产生的葡萄糖时开始进化的。从某种意义上说，这意味着绿色植物的叶绿体是“被奴役”的蓝藻的后代。
叶绿素a分子由五种不同元素的137个原子组成，它们通过化学键结合在一起。当它吸收光时，分子中的一个化学键被破坏，这会激发光合作用反应。
光合作用使生命得以在地球的陆地上和海洋中繁衍生息，但能够进行光合作用的蓝藻很可能不是地球上最早的生物。太阳光并不是唯一能被捕获并用于维持生命的能量来源，葡萄糖的分解也不是生物体产生能量的唯一途径。
自40多亿年前地球形成以来，动荡的地核一直在产生热能。如今，深海海底的热液喷口将极热的水和无机化学物质的混合物释放到海水中。一些细菌，以及另一类古老的、类似细菌的有机体（古细菌）的某些成员，可以通过一种叫作化能合成的过程将其中一些化学物质转化为能量。
在热液喷口周围，化能合成细菌和古细菌贡献了生活在喷口周围的动物所消耗的50%以上的有机物。在远离喷口的地方，这一比例会降低。它被从上方沉入海底的有机物颗粒所取代，但这是零星的，并支撑着一个丰富性少得多的生态系统。
▲管虫生活在热液“烟囱”上，这个“烟囱”位于北太平洋深处两个板块之间的大洋中脊。
在漫长的时间里，这些微生物群落周围进化出了丰富而奇异的生态系统。来自浅海的管虫已经适应了在喷口周围的生活，进化出了对高浓度有毒亚硫酸氢的抵抗力。它们严格来说并不进食，而是从生活在身体组织中的共生的化能合成细菌中获取能量。其他动物，如帽贝、螃蟹、虾状端足类动物和桡足类动物，以同种细菌的自生群落为食，它们反过来又被深海章鱼和鱼类捕食。在远离热液喷口的地方，生命几乎不存在。
古生物学家在42.8亿年前的岩石中发现了化能合成微生物活动的明显迹象。如果他们的解释是正确的，这将是已知最古老的生命，早于能够进行光合作用的蓝藻，并且是在行星本身形成后（这一事件一般被认为发生在46亿年前）相对较短的时间内形成的。然而，就像阳光普照的陆地和浅海中更为常见的生命形式一样，这些微生物的结构仍然是碳基的，即使它们的主要化学过程并不依靠碳。那么，碳来自哪里？