La fotosintesi artificiale è un processo chimico che riproduce il processo naturale di fotosintesi, che converte la luce del Sole, acqua e anidride carbonica in carboidrati e ossigeno. Il termine si riferisce di solito a qualunque sistema per catturare e immagazzinare l'energia dalla luce del Sole nei legami chimici di un combustibile (combustibile solare). La dissociazione fotocatalizzata dell'acqua converte l'acqua in protoni (e infine in idrogeno) e ossigeno ed è una delle aree di ricerca principali nella fotosintesi artificiale. La riduzione fotochimica dell'anidride carbonica è un altro processo sotto studio e riproduce la naturale fissazione del carbonio.
Le ricerche sviluppate in questo campo comprendono il progetto e la costruzione di dispositivi (e dei loro componenti) per la produzione diretta di combustibili solari, la chimica fotoelettrica e le sue applicazioni riguardanti celle combustibili, l'ingegneria di enzimi e di microorganismi fotoautotrofi per produrre biocarburanti microbici e la generazione di bioidrogeno dalla luce del Sole. Molte, se non la maggior parte, delle linee di ricerca sono ispirate dal mondo biologico, cioè si appoggiano alla biomimetica.