Fotoheterotrofy wytwarzają ATP za pomocą światła, na jeden z dwóch sposobów: używają centrum reakcji opartego na bakteriochlorofilu lub używają bakteriorhodopsyny. Mechanizm oparty na chlorofilu jest podobny do tego stosowanego w fotosyntezie, gdzie światło wzbudza molekuły w centrum reakcji i powoduje przepływ elektronów przez łańcuch transportu elektronów (ETS). Ten przepływ elektronów przez białka powoduje pompowanie jonów wodorowych przez membranę. Energia zgromadzona w tym gradiencie protonów jest wykorzystywana do napędzania syntezy ATP. Inaczej niż u fotoautotrofów, elektrony przepływają tylko w sposób cykliczny: elektrony uwolnione z centrum reakcji przepływają przez ETS i wracają do centrum reakcji. Nie są one wykorzystywane do redukcji żadnych związków organicznych. Purpurowe bakterie bezsiarkowe, zielone bakterie bezsiarkowe i heliobakterie są przykładami bakterii, które realizują ten schemat fotoheterotrofii.

Inne organizmy, w tym halobakterie i flawobakterie oraz wibratory mają purpurowe pompy protonowe oparte na rodopsynie, które uzupełniają ich dostawy energii. Archeal wersja nazywa bakteriorhodopsin, podczas gdy wersja eubacterial nazywa proteorhodopsin. Pompa składa się z pojedynczego białka związanego z pochodną witaminy A, retinalem. Pompa może mieć dodatkowe pigmenty (np. karotenoidy) związane z białkiem. Kiedy światło jest absorbowane przez cząsteczkę retinalu, cząsteczka ta ulega izomeryzacji. To napędza białko do zmiany kształtu i przepompowania protonu przez błonę. Gradient jonów wodorowych może być następnie wykorzystany do wytworzenia ATP, transportu substancji rozpuszczonych przez błonę lub napędzania silnika flagowego. Jedna szczególna flawobakteria nie może redukować dwutlenku węgla za pomocą światła, ale wykorzystuje energię z systemu rodopsyny do wiązania dwutlenku węgla poprzez wiązanie anaplerotyczne. Flawobakteria jest nadal heterotrofem, ponieważ do życia potrzebuje zredukowanych związków węgla i nie może się żywić tylko światłem i CO2. Nie może przeprowadzać reakcji w postaci

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

gdzie H2D może być wodą, H2S lub innym związkiem/związkami dostarczającymi elektrony redukujące i protony; para 2D + H2O reprezentuje formę utlenioną.

Jednakże, może wiązać węgiel w reakcjach takich jak:

CO2 + pirogronian + ATP (z fotonów) → jabłczan + ADP +Pi

gdzie jabłczan lub inne użyteczne cząsteczki są w inny sposób otrzymywane przez rozkład innych związków przez

węglowodan + O2 → jabłczan + CO2 + energia.

Schemat przepływu do określenia, czy gatunek jest autotrofem, heterotrofem, czy podtypem

Ta metoda wiązania węgla jest użyteczna, gdy zredukowane związki węgla są rzadkie i nie mogą być zmarnowane jako CO2 podczas przemian, ale energia jest obfita w postaci światła słonecznego

.