Robert Hill och Fay Bendall föreslog 1960 de allmänna dragen i en allmänt accepterad mekanism för fotoelektronöverföring, där två ljusreaktioner (ljusreaktion I och ljusreaktion II) inträffar under överföringen av elektroner från vatten till koldioxid. Denna mekanism bygger på den relativa potentialen (i volt) hos olika kofaktorer i elektronöverföringskedjan som ska oxideras eller reduceras. Molekyler som i sin oxiderade form har den starkaste affiniteten för elektroner (dvs. är starka oxidationsmedel) har en låg relativ potential. Molekyler som i sin oxiderade form är svåra att reducera har däremot en hög relativ potential när de väl har accepterat elektroner. Molekyler med låg relativ potential anses vara starka oxidationsmedel och molekyler med hög relativ potential anses vara starka reduktionsmedel.
Encyclopædia Britannica, Inc.
I diagram som beskriver fotosyntesens ljusreaktionsstadium representeras de faktiska fotokemiska stegen vanligen av två vertikala pilar. Dessa pilar innebär att de speciella pigmenten P680 och P700 tar emot ljusenergi från de ljusskördande klorofyllproteinmolekylerna och höjs i energi från sitt grundtillstånd till exciterade tillstånd. I sitt exciterade tillstånd är dessa pigment extremt starka reduktionsmedel som snabbt överför elektroner till den första acceptorn. Dessa första acceptörer är också starka reduktionsmedel och överför snabbt elektroner till mer stabila bärare. I ljusreaktion II kan den första acceptorn vara feofytin, som är en molekyl som liknar klorofyll och som också har en stark reduktionspotential och snabbt överför elektroner till nästa acceptor. Speciella kinoner är nästa i raden. Dessa molekyler liknar plastoquinon; de tar emot elektroner från feofytin och överför dem till de mellanliggande elektronbärarna, som omfattar plastoquinonpoolen och cytokromerna b och f som är associerade i ett komplex med ett järn-svavel-protein.
I ljusreaktion I överförs elektroner till järn-svavel-proteiner i lamellmembranet, varefter elektronerna flödar till ferredoxin, ett litet vattenlösligt järn-svavel-protein. När NADP+ och ett lämpligt enzym är närvarande överför två ferredoxinmolekyler, som bär på en elektron vardera, två elektroner till NADP+, som tar upp en proton (dvs. en vätejon) och blir till NADPH.
Varje gång en P680- eller P700-molekyl avstår från en elektron återgår den till sitt grundtillstånd (oansträngt), men med en positiv laddning på grund av förlusten av elektronen. Dessa positivt laddade joner är extremt starka oxidationsmedel som tar bort en elektron från en lämplig donator. P680+ i ljusreaktion II kan ta elektroner från vatten i närvaro av lämpliga katalysatorer. Det finns goda bevis för att två eller flera manganatomer komplexerade med protein är inblandade i denna katalys, som tar fyra elektroner från två vattenmolekyler (med frigörelse av fyra vätejoner). Mangan-protein-komplexet avger dessa elektroner en i taget via en oidentifierad bärare till P680+ och reducerar det till P680. När mangan selektivt avlägsnas genom kemisk behandling förlorar thylakoiderna förmågan att oxidera vatten, men alla andra delar av elektronvägen förblir intakta.
I ljusreaktion I återvinner P700+ elektroner från plastocyanin, som i sin tur tar emot dem från intermediära bärare, bland annat plastoquinonpoolen och cytokrom b- och cytokrom f-molekyler. Poolen av intermediära bärare kan få elektroner från vatten via ljusreaktion II och kinonerna. Överföring av elektroner från vatten till ferredoxin via de två ljusreaktionerna och intermediära bärare kallas icke-cykliskt elektronflöde. Alternativt kan elektroner överföras endast genom ljusreaktion I, och i så fall återförs de från ferredoxin tillbaka till de intermediära bärarna. Denna process kallas cykliskt elektronflöde.