Mitokondrideki gibi kloroplastlarda da ATP sentezi kemiozmotik hipotez yardımıyla açıklanmaktadır. İkisi arasındaki temel fark, protonların mitokondride zarlar arası boşlukta, koloroplastta ise tilakoit boşlukta birikmesidir. Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonlarında elektronlar tilakoit zarda bulunan elektron taşıma sisteminden geçtikçe, stromadaki protonlar tilakoit boşluğa pompalanır. Tilakoit boşlukta suyun ayrışmasıyla da protonlar ortaya çıkar. Protonlar, derişimlerinin yüksek olduğu tilakoit boşluktan ATP sentaz enzimi aracılığıyla stromaya aktarılır. Bu esnada ATP üretimi gerçekleşir. ATP sentaz enziminin, ATP sentezini gerçekleştiren baş kısmı tilakoit zarın stromaya bakan tarafında bulunur. Bundan dolayı ATP stromada sentezlenir ve fotosentezin karanlık evre tepkimelerinde besin sentezi için kullanılır. Kemiosmoz iyonların yüksek yoğunluklu yerden düşük yoğnuluklu yere geçmesidir. Bu süreç proton hareketi için itici bir güç oluşturmakta ve ATP sentezine yardımcı olmaktadır.

ATP synthesis in chloroplasts like in mitochondria is explained with the help of chemiosmotic hypothesis. The main difference between the two is that protons accumulate in the intermembrane space in the mitochondria and in the thylakoid space in the coloroplast. In the light-dependent reactions of photosynthesis, as electrons pass through the electron transport system in the thylakoid membrane, protons in the stroma are pumped into the thylakoid space. Protons are also produced by the decomposition of water in the thylakoid space. Protons are transferred from the thylakoid space, where their concentration is high, to the stroma via the ATP synthase enzyme. At this time, ATP is produced. The head part of the ATP synthase enzyme that performs ATP synthesis is located on the side of the thylakoid membrane facing the stroma. Therefore, ATP is synthesized in the stroma and used for nutrient synthesis in the dark phase reactions of photosynthesis. Chemiosmosis is the passage of ions from high density to low density place. This process creates a driving force for proton movement and aids in ATP synthesis.