De algemene kenmerken van een algemeen aanvaard mechanisme voor foto-elektronenoverdracht, waarbij twee lichtreacties (lichtreactie I en lichtreactie II) optreden tijdens de overdracht van elektronen van water naar kooldioxide, werden in 1960 voorgesteld door Robert Hill en Fay Bendall. Dit mechanisme is gebaseerd op het relatieve potentieel (in volt) van verschillende cofactoren van de elektronen-overdrachtsketen die moeten worden geoxideerd of gereduceerd. Moleculen die in hun geoxideerde vorm de sterkste affiniteit hebben voor elektronen (d.w.z. sterk oxiderende agentia zijn) hebben een laag relatief potentieel. Daarentegen hebben moleculen die in hun geoxideerde vorm moeilijk te reduceren zijn een hoog relatief potentieel zodra zij elektronen hebben aanvaard. De moleculen met een laag relatief potentieel worden beschouwd als sterk oxiderende stoffen, en die met een hoog relatief potentieel worden beschouwd als sterk reducerende stoffen.
Encyclopædia Britannica, Inc.
In diagrammen die het lichtreactiestadium van de fotosynthese beschrijven, worden de eigenlijke fotochemische stappen doorgaans weergegeven door twee verticale pijlen. Deze pijlen geven aan dat de speciale pigmenten P680 en P700 lichtenergie ontvangen van de licht-oogstende chlorofyl-eiwitmoleculen en in energie worden verhoogd van hun grondtoestand naar aangeslagen toestand. In hun aangeslagen toestand zijn deze pigmenten zeer sterke reductoren die snel elektronen overdragen aan de eerste acceptor. Deze eerste acceptoren zijn ook sterke reductoren en geven snel elektronen door aan stabielere dragers. In lichtreactie II kan de eerste acceptor pheofytine zijn, een molecuul dat lijkt op chlorofyl, dat ook een sterk reductiepotentieel heeft en snel elektronen overdraagt aan de volgende acceptor. Speciale chinonen zijn de volgende in de reeks. Deze moleculen zijn vergelijkbaar met plastochinon; zij ontvangen elektronen van feofytine en geven die door aan de intermediaire elektronendragers, waartoe de plastochinonpool en de cytochromen b en f behoren, die geassocieerd zijn in een complex met een ijzer-zwavel-eiwit.
In lichtreactie I worden elektronen doorgegeven aan ijzer-zwavel-eiwitten in het lamellaire membraan, waarna de elektronen naar ferredoxine stromen, een klein wateroplosbaar ijzer-zwavel-eiwit. Wanneer NADP+ en een geschikt enzym aanwezig zijn, dragen twee ferredoxinemoleculen, die elk één elektron dragen, twee elektronen over aan NADP+, dat een proton (d.w.z. een waterstofion) opneemt en NADPH wordt.
Telkens wanneer een P680- of P700-molecuul een elektron afgeeft, keert het terug naar zijn grondtoestand (niet-geprikkeld), maar met een positieve lading als gevolg van het verlies van het elektron. Deze positief geladen ionen zijn uiterst sterke oxidatiemiddelen die een elektron verwijderen van een geschikte donor. Het P680+ van lichtreactie II is in staat om in aanwezigheid van geschikte katalysatoren elektronen aan water te onttrekken. Er zijn goede aanwijzingen dat twee of meer met eiwit gecomplexeerde mangaanatomen betrokken zijn bij deze katalyse, waarbij vier elektronen worden onttrokken aan twee watermoleculen (waarbij vier waterstofionen vrijkomen). Het mangaan-eiwitcomplex geeft deze elektronen één voor één af via een onbekende drager aan P680+, waardoor dit wordt gereduceerd tot P680. Wanneer mangaan selectief wordt verwijderd door chemische behandeling, verliezen de thylakoïden de capaciteit om water te oxideren, maar alle andere delen van de elektronenroute blijven intact.
In lichtreactie I wint P700+ elektronen terug van plastocyanine, dat deze op zijn beurt ontvangt van intermediaire dragers, waaronder de plastochinonpool en cytochroom b- en cytochroom f-moleculen. De pool van intermediaire dragers kan elektronen ontvangen van water via lichtreactie II en de chinonen. Overdracht van elektronen van water naar ferredoxine via de twee lichtreacties en tussendragers wordt niet-cyclische elektronenstroom genoemd. Een andere mogelijkheid is dat de elektronen alleen via lichtreactie I worden overgedragen, in welk geval ze van ferredoxine worden teruggevoerd naar de tussenliggende dragers. Dit proces wordt cyclische elektronenstroom genoemd.