Fotoliz (Yunanca "phos" - ışık ve "lizis" - çözünme kelimelerinden) ışığın etkisi altında bir molekülün ayrışması sürecidir. Böyle bir işlemin bir örneği, fotosentez sırasında meydana gelen suyun fotolizidir.
Fotosentez sırasında klorofil ışık enerjisini emer ve bu enerji daha sonra karbondioksiti ve suyu glikoz ve oksijene dönüştürmek için kullanılır. Ancak klorofilin ışık enerjisini kullanabilmesi için bu enerjinin su tarafından emilmesi gerekir.
Suyun fotolizi iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada, bir ışık fotonu bir su molekülü tarafından emilir ve bu da radikal bir hidroksil katyonu (OH·) ve bir protonun (H+) oluşmasına yol açar. İkinci aşamada, hidroksil radikal katyonu başka bir su molekülüyle hızla reaksiyona girerek bir oksijen molekülü ve iki proton oluşturur.
Bu nedenle suyun fotolizi, yaşam için gerekli oksijeni sağladığı için fotosentezde son derece önemli bir işlemdir. Ayrıca bu işlem endüstriyel olarak yakıt olarak kullanılabilecek hidrojeni üretmek için de kullanılabilir.
Genel olarak fotoliz, biyolojik ve kimyasal sistemlerde önemli bir süreçtir ve bunu anlamak, bu süreçleri daha iyi anlamamıza ve bunları kendi avantajımıza kullanmamıza yardımcı olur.