Климент Тимирязев внёс значительный вклад в изучение фотосинтеза, в частности:

• Установил, что процесс наиболее интенсивно протекает в красной и синей областях спектра, а не в жёлтой и зелёной, как считалось ранее. 2 Для этого Тимирязев использовал сконструированную им аппаратуру. 2
• Понял, что свет усваивается благодаря зёрнам хлорофилла, которые придают растениям зелёную окраску. 45 Тимирязев первым высказал мнение, что хлорофилл не только физически, но и химически участвует в фотосинтезе. 45
• Доказал, что на процесс фотосинтеза в полной мере распространяется закон сохранения энергии, хотя большинство исследователей того времени это отрицало. 34
• Открыл явление светового насыщения. 34 Тимирязев продемонстрировал, что ассимиляция в растениях (в частности, поглощение углекислого газа) возрастает пропорционально количеству света лишь при его относительно малом напряжении (то есть яркости), достигая максимума при половине полуденного освещения в климате средней полосы России. 3
• Подвёл итоги своим исследованиям фотосинтеза в крунианской лекции «Космическая роль растения», прочитанной в Лондонском королевском обществе в 1903 году. 12 В ней Тимирязев говорил о значении фотосинтеза как первоисточнике органического вещества и запасаемой в нём энергии, необходимой для жизнедеятельности всех остальных организмов. 2