当红光和远红一起照射时光合速率远远大于它们分别照射时光合速率的总和。双光增益效应为位置上的一前一后对波长不同选择的进行光合作用的两个光系统的学说存在提供了有利的证据。

据上述实验结果，希尔(1960)等人提出了双光系统(two photosystem)的概念，把吸收长波光的系统称为光系统Ⅰ(photosystemⅠ,PSⅠ)，吸收短波长光的系统称为光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)。

另外，从理论上讲一个量子引起一个分子激发，放出一个电子，那么释放一个O2，传递4个电子(2H2O→4H++4e+O2↑) 只需吸收4个量子，而实际测得光合放氧的最低量子需要量为8～12。这也证实了光合作用中电子传递要经过两个光系统，有两次光化学反应。

20世纪60年代以后，人们已能直接从叶绿体中分离出PSⅠ和PSⅡ的色素蛋白复合体颗粒，分析各系统的组成与功能，证明了光系统Ⅰ与NADP+的还原有关，光系统Ⅱ与水的光解、氧的释放有关。

以上仅就光合作用反应式的确定、光暗反应、光合单位、两个光系统等概念的建立介绍了光合作用研究历史中的部分情况。其实，还有许多杰出的成就值得一提。例如，叶绿素分子结构的确定(H.Fischer 1930)；光合碳循环的阐明(M.Calvin 1954)；叶绿素分子的人工合成(R.B.Woodward 1960)；CAM途径的确定(M.Thomas 1960)；磷酸化的化学渗透学说的提出(P.Mitchell 1961)；叶绿体DNA的分离(R.Sagar M.Ishida 1963)；C４途径的确定(M.D.Hatch 1966 C.B.Slack)；PSⅡ放氧反应中心复合体的分离(葛培根1982等)；光合细菌反应中心三维空间结构的阐明(J.Deisenhofer 1982 H.Michel 1982 R.Huber)光电子传递理论的确定（Marcus 1992）;ATP酶的结构与反应机理的研究(Walker 1997 Boyer 1997)