植物将所吸收的无机硫同化为有机硫的过程。高等植物主要通过根部从土壤吸收硫酸根离子（SO₄ ^2-），在植物体内通过一系列转化过程，从SO₄ ^2-形成有机硫化物如半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸以及含有这些氨基酸的蛋白质。植物也可通过叶片吸收和利用空气中的SO₂气体，但要转变为SO₄ ^2-离子后，才能被植物同化。因此SO₂的同化和硫酸盐的同化是同一个过程。硫的同化既可在根部，也可在地上部进行。

植物细胞吸收的硫酸盐必须进行还原，因为有机分子中的硫是以还原形式存在的。硫酸盐的同化过程如图1所示。整个过程可分如下几个步骤：①硫酸中的硫酰基置换ATP的焦磷酸酰基，形成腺苷酰硫酸（adeno-sine phosphosulphate，简称APS）和焦磷酸盐（pyrophosphate，简称P-P）。催化这个反应的酶称ATP硫酸化酶，见图1（a）。②腺苷酰硫酸（APS）的活化硫酰基转移到SH-载体复合体，载体SH基中的H被硫酰基所置换，这个过程是由APS转移酶所催化。③载体被由铁氧还蛋白提供的还原力还原为载体-S-SH，见图1（b）。④载体-S-SH复合体中的SH基转移到乙酰丝氨酸，在这过程中重新生成原来的载体-SH复合体，而乙酰丝氨酸分离为半胱氨酸和乙酸，还原过程中的供氢体可能也来自铁氧还蛋白。整个还原过程可以下列方程式表示：

硫同化

这个方程式表明硫酸盐的还原反应需要ATP提供能量，该还原过程取决于光合作用，特别是ATP的水平。硫酸盐主要是在光照下还原，因为叶绿体膜上有还原硫酸盐的酶存在。由于离体根也能在硫酸盐作为唯一硫源时生长，该硫酸盐还原作用是在非绿色组织大概是前质体中进行。原核生物的硫酸盐还原作用与高等植物的区别在于该还原过程中3′-磷酸腺苷-5′磷酰硫酸（Adenosine 3′phosphate 5′phosphosulphate，简称PAPS）是一个不可缺少的中间产物。

硫酸盐还原途径的简单图式

高等植物、藻类、真菌、蓝绿藻、细菌等都可以进行硫酸盐的还原作用，动物代谢则依赖吸收还原态硫源，而且也依赖于上述有机硫的同化作用。半胱氨酸是第一稳定产物，其中硫以还原的有机结合形式存在。2分子的半胱氨酸可合成1分子的胱氨酸。半胱氨酸经由胱硫醚转移到高半胱氨酸，最后合成蛋氨酸。这3种含硫氨基酸都是合成蛋白质的不可缺少的成分。