Kloroplastlarda gerçekleşen kemiosmotik görüş, fotosentez sırasında ışık enerjisi kullanılarak ATP üretimi için proton gradyanı oluşturulması prensibine dayanır.
Kloroplastlarda ışık bağımlı reaksiyonlarda, su molekülleri fotosistemler tarafından parçalanır ve elektronlar serbest bırakılır. Bu elektronlar, kloroplastın iç zarındaki elektron taşıma sistemi (ETS) elemanlarına aktarılır. ETS elemanları, elektronlardan sağladıkları enerji ile protonları (hidrojen iyonlarını) stromadan tilakoide boşluğuna pompalar. Böylece, tilakoide boşluğunda proton konsantrasyonu artar ve stromada azalır. Bu durum, zarın iki tarafı arasında bir elektrokimyasal gradyan oluşturur.
Protonlar, tilakoide boşluğundan stromaya doğru difüzyon hareketi yapmak isterler. Ancak, kloroplastın iç zarı protonlara karşı seçici geçirgendir. Protonlar, sadece ATP sentaz adı verilen bir enzim kompleksinin kanalından geçebilirler. Protonların bu kanaldan geçerken ATP sentazı döndürmeleri, ADP ve inorganik fosfattan ATP sentezlenmesi için gerekli enerjiyi sağlar. Bu olaya kemiosmotik fosforilasyon denir.
Kemiosmotik görüş, Peter D. Mitchell tarafından 1961 yılında ortaya atılmıştır. Mitchell, bu teoriyi osmozdan (suyun difüzyonu) yola çıkarak geliştirmiştir. Kemiosmoz, sadece kloroplastlarda değil, mitokondri, bakteri ve arkelerde de ATP üretiminde önemli bir role sahiptir.
