A fotoheterotrófok ATP-t állítanak elő fény felhasználásával, kétféleképpen: vagy bakterioklorofill-alapú reakcióközpontot, vagy bakteriorhodopszint használnak. A klorofill-alapú mechanizmus hasonló a fotoszintézisben használt mechanizmushoz, ahol a fény gerjeszti a molekulákat egy reakcióközpontban, és elektronok áramlását okozza egy elektrontranszportláncon (ETS) keresztül. Ez az elektronáramlás a fehérjéken keresztül hidrogénionok átpumpálását okozza egy membránon keresztül. Az ebben a protongradiensben tárolt energiát az ATP-szintézis működtetésére használják fel. A fotoautotrófoktól eltérően az elektronok csak ciklikusan áramlanak: a reakcióközpontból felszabaduló elektronok átáramlanak az ETS-en, majd visszatérnek a reakcióközpontba. Nem használják fel őket szerves vegyületek redukciójára. A lila kén nélküli baktériumok, a zöld kén nélküli baktériumok és a heliobaktériumok olyan baktériumok, amelyek a fotoheterotrófiának ezt a sémáját valósítják meg.

Más élőlények, köztük a halobaktériumok, a flavobaktériumok és a vibriók rendelkeznek lila rodopszin alapú protonpumpákkal, amelyek kiegészítik energiaellátásukat. Az archeális változatot bakteriorhodopszinnak, míg az eubakteriális változatot proteorhodopszinnak nevezik. A pumpa egyetlen fehérjéből áll, amely egy A-vitamin-származékhoz, a retinálhoz kötődik. A pumpához járulékos pigmentek (pl. karotinoidok) is kapcsolódhatnak. Amikor a fényt a retinal molekula elnyeli, a molekula izomerizálódik. Ez arra készteti a fehérjét, hogy megváltoztassa alakját, és protonokat pumpáljon át a membránon. A hidrogénion-gradiens ezután felhasználható ATP előállítására, oldott anyagok membránon keresztüli szállítására vagy egy flagelláris motor meghajtására. Egy bizonyos flavobaktérium nem képes fény segítségével csökkenteni a szén-dioxidot, hanem a rodopszin rendszerének energiáját használja fel a szén-dioxid anaplerotikus rögzítésére. A flavobaktérium még mindig heterotróf, mivel az élethez redukált szénvegyületekre van szüksége, és nem tud csak fényből és CO2-ból élni. Nem képes a

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

formájú reakciókat végrehajtani, ahol a H2D lehet víz, H2S vagy más vegyület/vegyületek, amelyek a redukáló elektronokat és protonokat biztosítják; a 2D + H2O pár egy oxidált formát képvisel.

Mégis képes szén megkötésére olyan reakciókban, mint:

CO2 + piruvát + ATP (fotonokból) → malát + ADP +Pi

ahol a malát vagy más hasznos molekula egyébként más vegyületek lebontásával nyerhető

szénhidrát + O2 → malát + CO2 + energia.

Folyamatábra annak meghatározására, hogy egy faj autotróf, heterotróf vagy valamelyik altípusa

A szénmegkötésnek ez a módszere akkor hasznos, ha a redukált szénvegyületek kevésnek bizonyulnak, és nem tudnak CO2-ként elpazarolni az átalakulások során, de energia napfény formájában bőségesen áll rendelkezésre

.