في أغشية الثايلاكويد داخل البلاستيدات الخضراء، لا تتناثر أصباغ الكلوروفيل بشكل عشوائي. بل يتم تنظيمها بدقة متناهية داخل هياكل بروتينية تُعرف باسم معقدات حصاد الضوء (LHCs). تعمل هذه المعقدات كهوائيات عملاقة، حيث يقوم كل جزيء صبغي بالتقاط فوتون من الضوء ثم نقل طاقته - وليس الإلكترون نفسه - إلى جزيء مجاور من خلال عملية تسمى نقل طاقة الرنين.

تتجمع هذه الطاقة المُحصَدة في النهاية عند زوج خاص من جزيئات الكلوروفيل في 'مركز التفاعل' لكل نظام ضوئي (Photosystem). هذا التركيز للطاقة يثير إلكترونًا في مركز التفاعل إلى مستوى طاقة عالٍ جدًا، مما يجعله جاهزًا للانطلاق في رحلة عبر سلسلة نقل الإلكترون.

المسار الأساسي لتدفق الإلكترونات في عملية البناء الضوئي هو المسار غير الدائري، والذي يشارك فيه نظامان ضوئيان: النظام الضوئي الثاني (PSII) والنظام الضوئي الأول (PSI). تبدأ العملية في النظام الضوئي الثاني.

1. إثارة PSII وتحليل الماء: عندما يمتص PSII طاقة الضوء، يتم إثارة إلكترون ونقله إلى مستقبل إلكترون أولي. لتعويض الإلكترون المفقود، يقوم إنزيم متخصص يُعرف باسم مجمع تحليل الماء بشطر جزيئات الماء ($H_2O$). تؤدي هذه العملية إلى إطلاق إلكترونات لتحل محل تلك المفقودة في الكلوروفيل، وبروتونات ($H^+$) تتراكم داخل تجويف الثايلاكويد، والأكسجين ($O_2$) كمنتج ثانوي أساسي للحياة على الأرض.

2. سلسلة نقل الإلكترون: ينتقل الإلكترون المُثار من PSII عبر سلسلة من البروتينات الناقلة في غشاء الثايلاكويد، بما في ذلك البلاستوكينون (Pq)، ومجمع السيتوكروم b6f، والبلاستوسيانين (Pc). أثناء هذا الانتقال، تُستخدم طاقة الإلكترون لضخ المزيد من البروتونات ($H^+$) من الستروما إلى تجويف الثايلاكويد، مما يزيد من تركيزها بالداخل ويخلق تدرجًا كهروكيميائيًا قويًا.

3. إعادة تنشيط PSI وإنتاج NADPH: يصل الإلكترون منخفض الطاقة الآن إلى النظام الضوئي الأول (PSI). هنا، يتم إعادة تنشيطه مرة أخرى بامتصاص فوتون آخر من الضوء. ثم يتم نقل هذا الإلكترون عالي الطاقة إلى بروتين يسمى الفيريدوكسين (Fd)، والذي بدوره ينقله إلى إنزيم NADP+ reductase. يستخدم هذا الإنزيم الإلكترون وبروتون من الستروما لاختزال $NADP^+$ إلى NADPH، وهو جزيء حامل للطاقة الكيميائية سيتم استخدامه لاحقًا في دورة كالفن لتثبيت الكربون.

في بعض الأحيان، تحتاج الخلية إلى ATP أكثر من NADPH، خاصة لتلبية متطلبات الطاقة العالية لدورة كالفن. في هذه الحالة، يمكن للإلكترونات اتباع مسار بديل يسمى التدفق الدائري للإلكترونات.

في هذا المسار، لا ينتقل الإلكترون المثار من PSI إلى NADP+ reductase. بدلاً من ذلك، يتم إعادته إلى مجمع السيتوكروم b6f في سلسلة نقل الإلكترون. من هناك، يتدفق عائدًا إلى PSI، وفي طريقه، يساهم في ضخ المزيد من البروتونات إلى تجويف الثايلاكويد.

سواء كان المسار دائريًا أو غير دائري، فإن تراكم البروتونات في تجويف الثايلاكويد يخلق قوة دافعة للبروتونات. هذا التدرج هو مصدر الطاقة المباشر لإنتاج ATP. تتدفق البروتونات عائدة إلى الستروما عبر قناة بروتينية وإنزيم يسمى ATP synthase، مما يدفع عملية تركيب ATP من ADP والفوسفات. هذه العملية، التي تربط تدرج الأيونات بإنتاج ATP، تسمى التناضح الكيميائي (Chemiosmosis).

من خلال هذه المسارات المنظمة بدقة، تحول النباتات طاقة ضوء الشمس إلى عملات كيميائية - ATP و NADPH - جاهزة لتغذية المرحلة التالية من البناء الضوئي.