Fotoheterotrofit tuottavat ATP:tä valon avulla jollakin kahdesta tavasta: ne käyttävät bakteeriklorofylliin perustuvaa reaktiokeskusta tai bakteriorhodopsiinia. Klorofylliin perustuva mekanismi on samanlainen kuin fotosynteesissä käytetty mekanismi, jossa valo herättää molekyylit reaktiokeskuksessa ja saa aikaan elektronien virtauksen elektroninsiirtoketjun (ETS) kautta. Tämä elektronien virtaus proteiinien läpi aiheuttaa vetyionien pumppaamisen kalvon läpi. Tähän protonigradienttiin varastoitunut energia käytetään ATP-synteesin käynnistämiseen. Toisin kuin fotoautotrofeissa, elektronit kulkevat vain syklisesti: reaktiokeskuksesta vapautuvat elektronit kulkevat ETS:n läpi ja palaavat reaktiokeskukseen. Niitä ei käytetä orgaanisten yhdisteiden pelkistämiseen. Violetit ei-rikkibakteerit, vihreät ei-rikkibakteerit ja heliobakteerit ovat esimerkkejä bakteereista, jotka toteuttavat tätä fotoheterotrofian skeemaa.

Muilla eliöillä, kuten halobakteereilla ja flavobakteereilla sekä vibrioilla, on violetti-rhodopsiinipohjaisia protonipumppuja, jotka täydentävät niiden energiansaantia. Arkeaalista versiota kutsutaan bakteriorhodopsiniksi, kun taas eubakteerista versiota kutsutaan proteorhodopsiniksi. Pumppu koostuu yhdestä proteiinista, joka on sitoutunut A-vitamiinijohdannaiseen, retinaliin. Pumpussa voi olla proteiiniin liittyviä lisäpigmenttejä (esim. karotenoideja). Kun valo absorboituu retinaalimolekyyliin, molekyyli isomerisoituu. Tämä saa proteiinin muuttamaan muotoaan ja pumppaamaan protonin kalvon läpi. Vetyionigradienttia voidaan sitten käyttää ATP:n tuottamiseen, liukenevien aineiden kuljettamiseen kalvon läpi tai lippulaatumoottorin käyttämiseen. Eräs flavobakteeri ei pysty pelkistämään hiilidioksidia valon avulla, vaan se käyttää rodopsiinijärjestelmänsä energiaa hiilidioksidin sitomiseen anapleroottisen fiksaation avulla. Flavobakteeri on silti heterotrofinen, koska se tarvitsee elääkseen pelkistettyjä hiiliyhdisteitä eikä voi elää pelkällä valolla ja hiilidioksidilla. Se ei voi suorittaa reaktioita muodossa

n CO2 + 2n H2D + fotonit → (CH2O)n + 2n D + n H2O,

jossa H2D voi olla vettä, H2S:ää tai jokin muu yhdiste/yhdisteet, jotka tuottavat pelkistäviä elektroneja ja protoneja; 2D + H2O pari edustaa hapetettua muotoa.

Mutta se voi sitoa hiiltä seuraavanlaisissa reaktioissa:

CO2 + pyruvaatti + ATP (fotoneista) → malaatti + ADP +Pi

jossa malaattia tai muita käyttökelpoisia molekyylejä saadaan muutoin hajottamalla muita yhdisteitä

hiilihydraatti + O2 → malaatti + CO2 + energia.

Virtauskaavio sen määrittämiseksi, onko laji autotrofinen, heterotrofinen vai alatyyppi

Tämä hiilensidontamenetelmä on käyttökelpoinen silloin, kun pelkistyneitä hiiliyhdisteitä on niukasti, eikä niitä voi hukata CO2:ksi välivaiheiden aikana, mutta energiaa on runsaasti auringonvalon muodossa.