Hiilihydraattien ja hapen kemiallinen yhdistyminen kasveissa, jolloin vapautuu hiilidioksidia. Fotorespiraatio edellyttää valon läsnäoloa, sitä katalysoivat kloroplasteissa samat entsyymit, jotka katalysoivat hiilihydraattien ja hiilidioksidin yhdistymistä fotosynteesin aikana, ja se tapahtuu, kun hapen pitoisuudet solussa ovat korkeat. Fotorespiraatio tapahtuu tyypillisesti suuren valon voimakkuuden, kuivuuden ja kuumuuden aikana (mikä usein johtaa stomata-aukkojen sulkeutumiseen), jolloin kasviin kulkeutuvan hiilidioksidin määrä vähenee ja fotosynteesin tuottaman hapen määrä kerääntyy. Fotorespiraatio tuottaa siis hiilidioksidia silloin, kun sitä ei ole saatavilla, ja toimii fotosynteesin ja kasvin tuottavuuden hillitsijänä. Toisin kuin soluhengitys, fotorespiraatio ei tuota ATP:tä tai NADH:ta, joten se pikemminkin kuluttaa kemiallista energiaa kuin tuottaa sitä. Monilla angiospermaattisilla kasveilla on täydentävä hiilidioksidin ottomenetelmä, joka minimoi fotorespiraation aiheuttamat tappiot.
