1868 ж. университетті бітіргеннен екі жыл кейін К.А.Тимирязев Петербургте болған орыс табиғат зерттеушілері мен дәрігерлердің І-съезінің ботаникалық секциясында көпшілік алдында бірінші рет баяндама жасаған болатын. Тақырыбы — «Күн сәулесінің әсерімен өсімдіктің ауа көмірқышқыл газын ыдыратуы». 1869 ж. К.А.Тимирязевтің «Өсімдіктің С02-ні ыдыратуындағы түрліше сынатын сәулелердің маңызы» деген жұмысы шыққан болатын. 1871ж. /шет елден келгеннен кейін/ «Хлорофильдің спектралды анализі» деген жұмысы үшін магистр атағын алды. Ал 1875 жылы «Өсімдіктің жарықты сіңіруі» деген тақырыпқа докторлық атағын алды. Фотосинтез жөніндегі өзінің еңбектерінде К.А.Тимирязев жеке сәулелерде жасыл өсімдіктің С02 -ні әртүрлі екпінділікпен ыдыратуы бұл сәулелердің жарықтық жағдайына емес, қуат байлығына байланысты екендігін көрсетті.
Өсімдіктің жасыл пластидтерінде /хлоропласта/ сәуленің әсерімен қуатқа өте бай күрделі химиялық қосылыстар / крахмал, белок және т.б. /пайда болатындықтан, бұл процеске спектрдің жасыл пигменттерге толық сіңіп, ұсталып қалатын бөлімдері ғана әсер етуі керек. Сондықтан К. А. Тимирязевтің ойынша фотосинтез процесін жүргізетін жарық қуаты жаратылуы керек. Ал жаралған сәуле сол хлоропластқа сіңіп, одан өтпей, жоқ болуы тиіс. Бұл — қуат сақтау заңдылығынан шығатын жағдай. Бірақ бұл жағдайдың дұрыс екендігін эксперименталдық жолмен дәлелдеу керек еді.
Тимирязевтің ойынша Дрепер, Пфеффер және т.б.-лардың қате қорытындыға келуі сәуле өткізгіштік саңылаудың кеңдігінен спектрдің таза болмауына байланысты. Сондықтан, қойған тәжірибеден дұрыс мағлұмат алу үшін таза монохроматикалық спектрді пайдалану керек екендігін ескеріп, Тимирязев сәуле өткізетін саңлауды 1 — мм-ге дейін кішірейтті.
Осының нәтижесінде Дрепер және т.б. фотосинтез процесінде жарық сәулелерінің атқаратын міндеттерінің қате бағаланғандығы анықталып, әр сәуленің химиялық әсері мен оның куат қорының арасында тура байланыс бар екендігі дәлелденді. К.А.Тимирязев тәжірибелері арқылы хлорофильдің сәуле сіңіру максимумы қызыл сәуле тұсында екендігін, С02 — нің де осы сәуледе көп ыдырайтындығын анықтады.
Сонымен қабат қысқа толқынды сәулелердің әсерін зерттеп, Тимирязев көк және күлгін сәулелер тұсында да хлорофильдің сіңіру максимумын ашты. К.АТимирязевтің зерттеуінше спектрдің қысқа толқынды бөлшегінде, ұзын толқынды бөлшекпен салыстырғанда, С02 — ні ассимиляциялау екпінділігі 57% -ға дейін жетеді. Тимирязевтың зерттеулері, сонымен қабат, спектр бөлшектерінің фотохимиялық әсері оларды хлорофильдің сіңіру дәрежесіне ғана емес, ол сәулелердің қуат мөлшеріне де, сәуле толқындарының өзгеру дәрежесіне де байланысты екендігін анықтады.
Сонымен, К. А. Тимирязев өз жұмыстарында қуат сақтау заңын фотосинтез процесін түсіну үшін қолданып, күн — қуат қайнары, жысыл өсімдік — сәуле қуатын жинақтаушы, ал гетеротрофты организмдер — осы жинақталған қуатты түтынушы. Сөйтіп бүлардың араларында үздіксіз байланыс бар екендігін дәлелдеп, жасыл өсімдіктердің ғарыштық рөлін айқын көрсетті.
Тимирязевтен кейін фотосинтез ілімінің дамуында орыс ғалымдарының көп еңбегі сінді. Ондай ғалымдар қатарына А.А.Рихтер /1915 ж/, оның еңбегінің арқасында фотосинтезге сары пигменттердің де қатынасатындығы анықталды. Пигменттердің қасиетін анықтауда М.С.Цвет хроматография әдісін қолдану арқылы жоғарғы сатыдағы өсімдіктерде екі түрлі жасыл пигменттің болатындығын ашты. Жасыл пигменттердің белоктармен байланыста болатындығын Д.И.Ивановский, В.Н.Любименко, Вильштеттер, Г.Н.Годнев және т.б. дәлелдесе, сол сияқты Ф.-Н.Крашенинников, А.А.Иванов, С.П.Костычев, В.А.Бриллиант фотосинтез іліміне көптеген жаңалықтар ендірді. Кейіннен фотосинтезді біздің елімізде бүрынғыдан да толық жан-жақты қамти зерттеушілер А.Н.Теренин, А. А. Красновский, А. А. Ничипорович, Е. А. Бойченко, Е.Р.Гюббенет, Д.И.Сапожников және т.б. болса, ал шетелдерде — О.Варбург, Кальвин, Арнон, Рабинович және т.б.