光合作用全过程或不同阶段的能量转换效率。光合过程包括光量子捕获，电子传递，同化力形成，CO₂固定，光合产物运转、积累与分配等阶段。光合效率可按全过程或不同阶段分别进行计算。

植物利用被捕获的光量子的能量进行光合作用，量子需要量是指光合过程每同化一分子CO₂或释放一分子O₂所消耗的量子数额。O.华尔堡（1922年）认为量子需要量为4.0，R.埃默森（1939年）认为应为16.0，J.邦纳（1962年）认为是10.0，R.高温奇（1968年）认为是8.0。一般计算光合量子需要量多采用8.0这一数值。在光合有效辐射（380—710nm）范围内，1mol光量子的平均能量为50千卡。假设同化一分子CO₂或放出一分子O₂，需要10个光量子，每摩尔碳水化合物贮存的能量为112千卡，计算出光合效率为22.4%（）。植物光合作用过程中红光比蓝光的作用大，如以红光量子所含的能量计算其光合效率约为27%，以蓝光量子计算约为18%。

光量子被捕获后，其能量激发叶绿素生成电子，电子传递过程中形成同化力，即腺苷三磷酸（ATP）和还原态三磷酸吡啶核苷酸（NADPH）。每产生1分子NADPH和1分子ATP需要4个红光量子即199.16千卡（4×49.79=199.16），NADPH氧化后产生51千卡自由能，ATP的水解能为7.5千卡，所以光合作用电子传递过程中的能量转化效率为29.37%（）。

CO₂进入卡尔文循环，生成1mol六碳糖需要18molATP，12mol NADPH即747千卡能量。1mol六碳糖贮能约670千卡，所以光合碳循环的能量转化效率约为89.6%（）。

光合作用以CO₂为原料合成碳水化合物（CH₂O），CO₂与CH₂O的分子量之比为0.68（30/44=0.68），苏联A.尼奇波罗维奇称之为光合效率系数（K₇φ）。实际上，被合成的碳水化合物有相当一部分被用于呼吸消耗上，所以在不同条件下光合效率系数变化很大，有时甚至为负值（当呼吸超过光合时）。

植物在进行光合作用的同时不断进行呼吸作用，扣除呼吸作用消耗后的光合量称为表光合或净光合，而未扣除呼吸消耗的真正的光合量称为总光合或粗光合。绿色植物单位叶面积在单位时间内所同化的CO₂量称为光合速率（或光合强度），单位是μmol·m^-2.min^-1或mgCO₂·dm^-2.h^-1。单位时间单位叶面积所积累的干物质重量称为净同化率，其单位为g.m^-2.d^-1。这些都是光合作用过程中进行植物生长分析的指标，反映单株植物的生长状况。同时也表明植物利用光能的效率。

当作物光合机构、个体长势、长相、群体结构、所处的环境条件以及农业技术措施都处于最适宜状态时，作物的光合效率得以最充分地发挥，可能形成的群体最高产量，也即作物理论产量的上限，称为光合生产潜力。把植物光合作用所形成的有机物，折算为能量，然后计算其占照射到地表面日光能的百分数，就是植物的光能利用率。以广东地区的水稻为例，在抽穗40天后成熟，这40天中的光合产物基本上用于谷粒的成熟。此时，每天照射到田面上的阳光为400卡·cm^-2，其中45%可用于光合作用（光合有效辐射）。这些光中有5.5%被反射，剩下94.5%被水稻吸收，而这94.5%中又有10%被不能进行光合作用的植物组织所吸收。光合效率以26%计算。由于光饱和现象400卡·cm².d^-1的光能损失了17%，光呼吸的损失为25%，暗呼吸的消耗为每天植物体干重的1.5%，此时植物体的干重估计为1.5kg·m^-2，每克植物干重相当于3900卡。根据上述假定，计算水稻的最高理论产量（光合生产潜力）为2880斤/亩。按所含的能量计算，光能利用率为4%。

实际上大田生产中光合作用条件不可能始终处于最优状态，一般高产的粮田其光能利用大约为1%左右。

光合效率的高低在光合作用过程的不同阶段中有不同的表示方法。最终体现在植物的生物学产量或经济产量上，从光合作用的角度分析影响作物产量的因素有：光合面积、光合速率、光合时间、光合产物的消耗和经济系数（光合产物的运转与分配）。这就是光合生产中的五个组成因素。它们分别在不同程度上影响作物的光合效率与光能利用率。

作物生产就是通过培育不同类型的品种，适应不同地区的环境条件。通过光合生产力的5个组成因素，充分发挥作物光合生产潜力，增加作物产量。一般说来植物在整个生长期利用光合有效辐射能量的效率0.5—1%属于低生产力，1—2%为一般生产力，2—3%属良好生产力，4—5%属高生产力。