在古希腊人和古罗马人眼中，植物的养分来自土壤。最早对这个说法进行验证的人是比利时科学家扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特（Jan Baptista van Helmont,1577—1644）。他盆栽了一棵柳树，而且只给它浇水。第五年末，柳树的重量增加了164磅（74.4千克），而土壤的重量减少了2盎司（57克）。因此，范·海尔蒙特总结道，植物的所有养分都来自水，而不是土壤。约瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestley,1733—1804）则向人们展示了植物对空气的“净化”。

1771年，普里斯特利进行了一项试验。实验期间，他在玻璃容器内放了一根点燃的蜡烛，并让这根蜡烛持续燃烧，直至因氧气耗尽而熄灭。随后，他往玻璃容器内放入植物，让其在容器内生长一个月。一个月后，他又进行了蜡烛实验；这次，他发现蜡烛又可以继续燃烧。普里斯特利的实验向人们展示出植物可以吸收燃烧释放出的二氧化碳（CO2），还能释放氧气（O2）。荷兰物理学家扬·伊根霍兹（Jan Ingenhousz,1730—1799）证实了普里斯特利的观点，并强调绿色植物只有在有光照的情况下才能“净化”空气。

最先拿出证据证明光合作用有两个阶段的人是F.F．布莱克曼（F.F.Blackman,1866—1947）。1905年，布莱克曼就已经发现光合作用有光反应阶段和暗反应阶段。1930年，C.B．范·尼尔（C.B.van Niel,1923—1977）提出，光合作用中形成的氧气来自水，而不是二氧化碳；他是第一位提出类似观点的人。1937年，罗伯特·希尔（Robert Hill,1899—1991）发现，叶绿体在没有二氧化碳的情况下生成氧气必须有光线照射和人工电子受体。