Trong quang hợp, các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng diễn ra trên màng thylakoid. Bên trong màng thylakoid được gọi là lòng ống, và bên ngoài màng thylakoid là chất đệm, nơi diễn ra các phản ứng không phụ thuộc vào ánh sáng. Màng thylakoid chứa một số phức hợp protein màng tích hợp xúc tác phản ứng ánh sáng. Có bốn phức hợp protein chính trong màng thylakoid: Hệ thống quang II (PSII), phức hợp Cytochrome b6f, Hệ thống quang điện I (PSI) và ATP synthase.