La evolución de los seres vivos capaces de emplear agua como una fuente de electrones acompañó una de las mayores modificaciones en los mecanismos de fotosíntesis que se han documentado hasta la fecha.
El agua en esta historia no es un aceptor de electrones, de hecho el agua es una molécula muy oxidada y es muy difícil que acepte más electrones. De hecho uno de los puntos cruciales de la fotosíntesis del tipo II es que emplea agua como fuente de electrones.
Como ya se dijo en la sección anterior, el centro de reacción del fotosistema emite electrones desde si mismo a un aceptor, pero si no existiera una fuente de electrones externa, al poco tiempo, las moléculas de clorofila se quedarían sin electrones para enviar a su aceptor. El agua es la clave en este punto, ya que a partir de su rompimiento en el fotosistema II, permite extraer los electrones de regeneran los que ha perdido el centro de reacción del fotosistema.
Durante la fotosíntesis que emplea agua como fuente de electrones, el sistema se distribuye de manera similar a la cadena de transporte de electrones, con una serie de complejos proteínicos que terminan en una f1f0 ATP sintetasa.
Los otros complejos son tres, dos de ellos son fotosistemas, y el último es un citocromo reducto de la cadena de transporte de electrones que dio origen a la fotosíntesis de tipo II. El orden completo del proceso es fotosistema II, citocromo, Fotosistema I y f1f0 ATP sintetasa. En medio de estos sistemas se encuentran una serie de moléculas vinculantes tal como sucede en la cadena de transporte de electrones de la respiración celular aeróbica.
El fotosistema II carga con energía en los electrones extraídos del agua hasta un nivel intermedio. El segundo fotosistema retoma estos electrones después de haber perdido una fracción de esta energía y los vuelve a cargar a un nivel superior del que necesita el NADP para reaccionar con iones hidronio y convertirse en NADPH
A pesar de las diferencias, la organización general de los fotosistemas es muy similar entre sí, lo cual implica un origen a partir de un solo fotosistema ancestral mediante duplicación de genes. El fotosistema ancestral es homologo al fotosistema I, el cual aunque no puede operar con agua sin el fotosistema II, si lo puede hacer de manera autónoma si el donante de electrones inicial es el ácido sulfhídrico.