19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，二氧化碳分子的碳和氧被分开，氧气被释放，碳与水结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。

　　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。

　　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用氧16的同位素氧18分别标记水和二氧化碳。然后进行了两组实验：第一组给植物提供未标记的水和氧18标记的二氧化碳，第二组给同种植物提供氧18标记的水和未标记的二氧化碳，在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是未标记的氧，第二组释放的都是氧18标记的氧气。

　　1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP，1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

　　二氧化碳是如何转变成糖类的呢?20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：用经过碳14标记的二氧化碳供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性碳的去向，最终探明了二氧化碳中的碳是如何转化为有机物中的碳的。