Os fotosistemas son grandes complexos macromoleculares formados por proteínas e pigmentos (clorofilas, carotenoides) encargados de captar a enerxía electromagnética da luz e ceder electróns, procedentes da clorofila, aos transportadores de electróns da cadea tilacoidal. Son macromoléculas ancoradas na membrana do tilacoide e intimamente asociados a aceptores de electróns da membrana tilacoidal.
Nas plantas hai dous fotosistemas, fotosistema I e fotosistema II. O fotosistema II está asociado co complexo liberador de osíxeno, onde ten lugar a fotólise da auga que dá inicio á fase luminosa ou clara da fotosíntese, e ademais cede electróns. O fotosistema I só cede electróns.
Os fotosistemas constan dun complexo antena, onde están os pigmentos que captan a luz, vanse pasando a excitación uns a outros sen perderen electróns e canalizan a enerxía cara ao centro de reacción, que é a segunda parte do fotosistema, onde hai un dímero de clorofilas especial que perde electróns.