植物葉綠體的類囊體膜或光合細菌的載色體在光下催化腺二磷（ADP）與磷酸（Pi）形成腺三磷（ATP）的反應(yīng)。有兩種類型：循環(huán)式光合磷酸化和非循環(huán)式光合磷酸化。前者是在光反應(yīng)的循環(huán)式電子傳遞過程中同時發(fā)生磷酸化，產(chǎn)生ATP。后者是在光反應(yīng)的非循環(huán)式電子傳遞過程中同時發(fā)生磷酸化，產(chǎn)生ATP。在非循環(huán)式電子傳遞途徑中，電子最終來自于水，最后傳到氧化型輔酶Ⅱ（NADP+）。因此，在形成ATP的同時，還釋放了氧并形成還原型輔酶Ⅱ （NADPH）。在光合作用的光反應(yīng)中,除了將一部分光能轉(zhuǎn)移到NADPH中暫時儲存外,還要利用另外一部分光能合成ATP,將光合作用與ADP的磷酸化偶聯(lián)起來,這一過程稱為光合磷酸化。它同線粒體的氧化磷酸化的主要區(qū)別是∶氧化磷酸化是由高能化合物分子氧化驅(qū)動的，而光合磷酸化是由光子驅(qū)動的。光合磷酸化的機理同線粒體進行的氧化磷酸化相似,同樣可用化學滲透學說來說明。在電子傳遞和ATP合成之間, 起偶聯(lián)作用的是膜內(nèi)外之間存在的質(zhì)子電化學梯度。類囊體膜進行的光合電子傳遞與光合磷酸化需要四個跨膜復(fù)合物參加∶光系統(tǒng)Ⅱ、細胞色素b6/f復(fù)合物、光系統(tǒng)Ⅰ和ATP合酶。有三個可動的分子(質(zhì)子)∶質(zhì)體醌、質(zhì)體藍素和H+質(zhì)子將這四個復(fù)合物在功能上連成一體:即完成電子傳遞、建立質(zhì)子梯度、合成ATP 和NADPH。