无论是利用太阳光还是人工光源来培育植物，其最终都是通过光合作用这一生物化学过程来实现产物的积累。光合作用是植物利用叶绿素等光合器官，在光能的作用下，将二氧化碳和水转化为糖类、淀粉等碳水化合物，并释放出氧气的生理过程。与之相对应的是呼吸作用，这一过程通过植物的线粒体等呼吸器官，吸收氧气并分解有机物来释放二氧化碳与能量，是植物将光合作用形成的碳水化合物作为能量用于形成根、茎、叶等形态的重要生理活动。光合作用与呼吸作用之间维持着一种动态平衡，这一平衡随着作物的生长阶段而有所变化。
光照强度对植物光合作用的调控
光照的强弱对植物的光合作用有显著影响。光合产物的形成与光照的强度及其累积的时间紧密相关。在一定的CO₂浓度和光照强度范围内，光合强度会随着光照强度的增强而增强。当光照强度超过光饱和点时，光合作用的速率并不会持续增加，反而可能导致光合效率下降甚至出现生理障碍，如叶绿素的分解。不同类型的植物其光饱和点有所不同，而且光饱和点通常会随着环境中CO₅浓度的增加而提高。了解植物对光照强度的需求对于设计人工光源、提高生产性能至关重要。
光质对植物生长的影响
植物对不同波长的光线具有选择性吸收的特征，这对其生长和发育具有重要影响。太阳光中的可见光部分，特别是蓝色光和红色光，对植物的生长发育具有关键作用。蓝色光可以促进叶绿素的合成，而红色光则是植物光合作用的重要能量来源。单一的红色或蓝色光线并不能满足植物的生长需求，适当的红色光与蓝色光的比例（R/B比）以及红色光与远红色光的比例（R/FR比）对植物形态的形成和调整至关重要。这些因素在设计和选择人工光源时必须加以考虑。
光周期对植物生长发育的影响
植物的生长和发育与其所经历的光照时间密切相关。不同作物完成其光周期所需的日照时长各不相同。长日照作物、短日照作物和照作物的日照需求各不相同。了解作物的光周期需求对于合理规划种植时间和环境控制具有重要意义。