Pode-se dividir o processo em duas fases:

1. fase de produção de ATP e NADPH: os compostos minerais são oxidados, e os eletrões e protões resultantes das reação redox são transportados ao longo de um cadeia transportadora de eletrões, utilizando-se a energia libertada na produção de ATP e na redução de NADP+ em NADPH

2. ciclo das pentoses: produzem-se compostos orgânicos a partir do dióxido de carbono absorvido, do poder redutor do NADPH e da energia dos ATP gerados na primeira fase.


A quimiossíntese é principalmente realizada por bactérias – ferro, sulfo e nitrobactérias, que usam como substrato energético o ferro, o enxofre e o nitrogénio, respetivamente. O rendimento energético é inferior ao da fotossíntese, mas é extremamente importante para o ciclo do azoto, onde o azoto N2 fixado em nitritos ou nitratos no solo ou nas plantas.