Fotolyse (fra de greske ordene "phos" - lys og "lysis" - oppløsning) er prosessen med nedbrytning av et molekyl under påvirkning av lys. Et eksempel på en slik prosess er fotolyse av vann, som skjer under fotosyntese.
Under fotosyntesen absorberer klorofyll lysenergi, som deretter brukes til å omdanne karbondioksid og vann til glukose og oksygen. Men før klorofyll kan bruke lysenergi, må denne energien absorberes av vann.
Fotolyse av vann skjer i to trinn. I det første trinnet absorberes et foton av lys av et vannmolekyl, noe som fører til dannelsen av et radikalt hydroksylkation (OH·) og et proton (H+). I det andre trinnet reagerer hydroksylradikalkationen raskt med et annet vannmolekyl for å danne et oksygenmolekyl og to protoner.
Dermed er fotolyse av vann en ekstremt viktig prosess i fotosyntesen, siden den gir oksygenet som er nødvendig for liv. I tillegg kan denne prosessen brukes industrielt for å produsere hydrogen, som kan brukes som drivstoff.
Totalt sett er fotolyse en viktig prosess i biologiske og kjemiske systemer, og forståelsen av den hjelper oss å bedre forstå disse prosessene og bruke dem til vår fordel.