Вклад Тимирязева в изучение фотосинтеза заключается в следующих открытиях:

• Установление зависимости интенсивности разложения углекислоты от цвета лучей. 12 Тимирязев направил на растения свет, пропущенный через цветные жидкости, и установил, что красные и синие лучи поглощаются лучше жёлтых. 1
• Выяснение механизма усвоения света. 1 Учёный пришёл к выводу, что свет поглощается зёрнами хлорофилла — пигмента, ответственного за зелёный окрас растений. 2 Тимирязев первым высказал мнение, что хлорофилл не только физически, но и химически участвует в фотосинтезе. 1
• Доказательство закона сохранения энергии. 12 Опыты Тимирязева показали, что на процесс фотосинтеза в полной мере распространяется закон сохранения энергии, хотя большинство исследователей того времени это отрицали. 12
• Открытие явления светового насыщения. 12 Тимирязев продемонстрировал, что ассимиляция в растениях (в частности, поглощение углекислого газа) возрастает пропорционально количеству света лишь при его относительно малом напряжении (то есть яркости). 2
• Вывод о «космической роли растений». 12 Изучение фотосинтеза привело Тимирязева к выводу о том, что именно растения, питающиеся энергией солнечного света, создают первичное органическое вещество — еду для животных. 2 Они же поддерживают постоянный химический состав атмосферы, выделяя кислород, необходимый для дыхания всех живых организмов. 2