作为地球上最重要的化学反应，光合作用对大多数人来说，好像并没有什么太大的秘密，它的过程无非就是吸收二氧化碳，放出氧气。然而，尽管光合作用的发现距今已有200多年的历史，并且已有多位科学家在光合作用前沿研究上频频摘取诺贝尔奖，但其内在复杂机理仍被重重谜团笼罩。科学家坦言，要真正揭开“绿色工厂”的全部谜底，仍有很长的一段路要走。为什么科学家们要对光合作用进行研究呢？这是因为人类所需要的各种生产生活资料都是由光合作用产生的，如果没有光合作用就不会有人类的生存与发展。
所以，光合作用研究是一个重大的生物科学问题，同时又与人类现在面临的粮食、环境、材料、信息问题等密切相关。现在世界上每年通过光合作用产生2200亿吨生物质，相当于世界上所有的能耗的10倍。要植物产生更多的生物质，就需要提高光合作用效率。通过高新技术转化，我们甚至可以让有些藻类，在光合作用的调节与控制直接产生氢。根据光合作用原理，还可以研制高效的太阳能转换器。光合作用与农业的关系同样密切，农作物干重的90%〜95%来自光合作用。高产水稻与小麦的光合作用效率只有1%~1.5%，而甘蔗或者玉米的效率则可达到50%或者更高。如果人类可以人为地调控光能利用效率，农作物产量就会大幅度增加。近年来，空气里面二氧化碳不断增加，产生温室效应。光合作用能否优化空气成分，延缓地球变暖，也很值得探索。光合作用研究，还可以为仿真模拟生物电子器件、研制生物芯片等，提供理论基础或有效途径，对开辟21世纪新兴产业产生广泛而深远的影响。正是这些，使得光合作用研究在国际上成为一大热点难点。
早在两千多年前，人们受古希腊著名哲学家亚里土多德的影响，认为植物体是由“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。到17世纪上半叶，比利时医生海尔蒙脱设计了一个巧妙的实验：他把一棵称过重的柳树种植在一桶事先称好重量的土壤中，然后只用雨水浇灌而不供给任何其他物质。5年后，他发现这棵柳树的重量竟是刚栽种时的33.8倍，而土壤的重量只减少62.2克。因此，他认为构成植物体的物质来自水，而土壤只供给极少量的物质。这个结论首先提出了水参与植物体有机物质合成的观点，但是没有考虑到空气对植物体物质形成所起的作用。早在1637年，我国明代科学家宋应星在《论气》一文中，已注意到空气和植物的关系，提出“人所食物皆为气所化，故复于气耳”。可惜因受当时科学技术水平的限制，未能用实验来证明这一精辟的论断。
直到1727年，英国植物学家斯蒂芬·黑尔斯才提出植物生长时主要以空气为营养的观点。而最先用实验方法证明绿色植物从空气中吸收养分的是英国著名的化学家约瑟夫·普利斯特利。他还证明植物能“净化”因燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气，使空气变好，这就是后来人们才知道的植物在光合作用中释放出氧气的缘故。然而他却把这种现象归因于植物缓慢的生长过程，而没有认识到光在此过程中的重要作用。由于他的杰出贡献和实验完成于1771年，因此，现在把这一年定为发现光合作用的年份。
关于植物在光下放氧，我们可以用如下的简单实验加以证明：剪取生长旺盛的几枝金鱼藻嫩枝（长度约10厘米左右），置于事先盛有清水的大烧杯中，再在藻体上罩一个大漏斗，烧杯中的水面应高于漏斗柄，在有条件的情况下，可同时注入少量0.2％的碳酸氢钾溶液，目的是增加水中二氧化碳的含量，然后在漏斗柄上，套一支事先已用橡皮塞塞紧上端、用石蜡或凡士林密封好并且装满水的玻璃管。完成上述工作后，把烧杯置于温度较高并且光线充足的地方，便可以观察到有成串气泡（即金鱼藻在光下进行光合作用时释放的氧气）逸入试管中，使试管中的水面下降。
虽然当时人们对光合作用与气体间的关系有较深刻的认识，但是，对植物在光合作用中吸收的二氧化碳和释放的氧气之间的数量关系仍然不清楚。1804年，瑞士学者德·索苏尔研究了植物光合作用过程中吸收的二氧化碳与放出的氧之间的数量关系，结果发现植物制造的有机物和释放出的氧的总量，远远超过它们所吸收的二氧化碳的量。由于实验中只使用植物、空气和水，别无他物，因此，他断定植物在进行光合作用合成有机物时不仅需要二氧化碳，水也必然是光合作用的原料。此结论不仅证实了海尔蒙脱关于柳树生长过程中合成植物体的物质主要来自水的推论，而且把人们对光合作用本质的认识提高到一个崭新的阶段。
