光化学系I(PS I)は、光化学系II(PS II)と同様に、光子を捕らえ、クロロフィル分子を介して反応中心に輸送します。PS Iでは、光子がPS IIからPS Iに入ってきた電子を再びエネルギーを与えます。反応センターでは、高エネルギーの電子が電子伝達系を通って、最終的に追加の電子とプロトンと結合し、NADP+をNADPHに還元します。このように、PS IIがエネルギーを獲得してATPを生成するのと同様、PS Iもエネルギーを獲得してNADPHを生成します。
光化学系Iの光収穫複合体の色素は光子を吸収し、そのエネルギーを反応中心(P700)に伝えます。酸化に続いて、高エネルギーの電子が、特殊なペアのクロロフィルaから一次電子受容体に渡されます。しかし今回は、クロロフィルaのペアから失われた電子は、光化学系IIから送られてきた電子と置き換えられます（PS IIのように水を分解するのではなく）。PS IIからPS Iへと移動する道中、電子は、キャリアー分子のプラストキノン、二重タンパク質のシトクロム複合体、プラストシアニンからなる電子伝達系を通過します。
PS Iの反応中心で励起された電子は、フェレドキシンというタンパク質複合体からなる第2の電子伝達系に入ります。そして単体の電子は、もう1つの電子とプロトン（H+）と結合して、NADP+リダクターゼに受け取られ、NADPHが生成されます。このように、PS IIはエネルギーを獲得してプロトン勾配を作り、これが最終的にATPを作るのに使われ、PSIで獲得したエネルギーはNADPHの生成に使われます。
