Rastline dobijo energijo na način, ki se zelo razlikuje od načina pridobivanja energije ljudi. Ko človek potrebuje energijo, poje hrano. Ko rastlina potrebuje energijo, uporablja proces fotosinteze, da vzame ogljikov dioksid iz okolja in uporabi sončno svetlobo, da ga pretvori v sladkorje, kar je vrsta energije, ki jo potrebuje za življenje. Znanstveniki si prizadevajo ponoviti proces fotosinteze, skušajo sončno energijo izkoristiti na nov, učinkovit in okolju prijazen način, raziskave umetne fotosinteze pa so prinesle zanimive rezultate.
Zmožnost proizvodnje umetne fotosinteze je bila prvič objavljena leta 2000, čeprav so bile raziskave že pred tem v fazi načrtovanja. Raziskovalci so se zanašali na učinek Honda-Fujishima, ki je bil odkrit leta 1953 in uporablja titanov dioksid kot fotokatalizator. Fotokatalizator pospešuje procese, ki se nanašajo na svetlobo in v tem primeru energijo.
Zaradi znanstvenega in poslovnega zanimanja za umetno fotosintezo ter želje po potencialnih novih produktih, ki bi lahko iz nje izhajali, se je raziskovalno področje razdelilo na dve plati. To je dalo dva različna rezultata: fotoelektrokemične celice in sončne celice, občutljive na barvilo. Vsaka celica deluje na različnih principih, vendar poskuša doseči enak rezultat: umetno fotosintetično energijo, ki jo je mogoče izkoristiti in shraniti za kasnejšo uporabo, kar bi zmanjšalo odvisnost sveta od neobnovljivih virov energije.
Fotoelektrokemične celice, imenovane tudi PEC, uporabljajo električni tok vode za ustvarjanje vodika in kisika v procesu, imenovanem elektroliza. Električno energijo je mogoče nato shraniti v vodik, ki je »energetski nosilec«, energijo pa lahko uporabimo pozneje, na primer v baterijah. Obstajata dve vrsti PEC, ena, ki uporablja polprevodniške površine za absorpcijo sončne energije in pomaga deliti molekule vode za uporabo energije. Druga sorta uporablja raztopljene kovine za črpanje sončne energije in začetek procesa umetne fotosinteze. Najpogostejši kovinski katalizatorji za to vrsto reakcije sta kobalt in rodij. Raziskovalci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) so ugotovili, da so te kovine najučinkovitejše za tovrstno delo.
Druga vrsta celice, ki se raziskuje, sončna celica, občutljiva na barvilo, se včasih imenuje celica Gratzel ali celica Graetzel. Tako kot PEC, umetne fotosintezne celice, občutljive na barvilo, uporabljajo polprevodnik za zbiranje energije, običajno silicija. V celicah, občutljivih na barvilo, se polprevodnik uporablja za transport zbrane energije, fotoelektroni ali energijski delci pa se ločijo in izkoriščajo s posebnimi barvili. Gratzelove celice veljajo za najučinkovitejšo obliko umetne fotosinteze, ki je trenutno na voljo, in tudi stroškovno najučinkovitejša za proizvodnjo. Slabosti so predvsem posledica temperaturnih pomislekov, povezanih s tekočimi barvili, ker lahko pri nižjih temperaturah zmrznejo in prenehajo proizvodnjo energije, pri višjih temperaturah pa se razširijo in zlomijo.
Na področju umetne fotosinteze se še vedno izvajajo raziskave, predvsem v iskanju boljših katalizatorjev in mehanizmov za prenos energije. Čeprav niso najbolj učinkovita oblika proizvodnje energije, ki je na voljo, je zanje še vedno veliko zanimanje zaradi njihovega visokega potencialnega donosa, nizkih proizvodnih stroškov in možnih posledic za okolje. Če bi lahko umetno fotosintezo naredili dostopno in zanesljivo, bi se svetovna odvisnost od neobnovljivih fosilnih goriv lahko močno zmanjšala.