1980年代にLehnとZiesselにより行われた最初の研究により、可視光を用いた触媒によるCO₂還元の発展が導かれた。水分解を行う光触媒の開発への先行研究において、LehnはCo(I)種がCoCl₂、2,2'-ビピリジン(bpy)、第3級アミン、Ru(bpy)₃Cl₂光増感剤を含む溶液中で生成されるのを観測した。CO₂はコバルト中心に対して高い親和性があったため、LehnとZiesselは還元を行う電極触媒としてコバルト中心を研究した。1982年、彼らはCO₂, Ru(bpy)₃ , Co(bpy)を700ml含む溶液を照射することでCOとH₂が生成したことを報告した。
光化学的還元は化学的還元（レドックス）に由来する。しかし、還元に使われる電子が光増感剤と呼ばれる別の分子の光励起から生成されるという点で異なる。太陽のエネルギーを利用するためには光増感剤は可視光線および紫外線スペクトル内の光を吸収する必要がある。この基準を満たす分子増感剤には、有機金属種のd軌道分裂がよく遠紫外および可視光のエネルギー範囲内に入るという理由でしばしば金属中心が含まれる。前述のように還元プロセスは光増感剤の励起から始まる。これにより、金属中心から機能性配位子への電子の移動が起きる。この移動は金属-配位子電荷移動(MLCT)と呼ばれる。正味何も起きなかったことになってしまう電荷移動後の配位子から金属への電子の移動は、溶液中に電子供与種を含ませることで防ぐことができる。良い光増感剤は通常は一重項状態から三重項状態への相互変換により長寿命の励起状態を持ち、これにより電子供与体が金属中心と相互作用する時間ができる。光化学的還元における一般的な供与体にはトリエチルアミン(TEA)、トリエタノールアミン(TEOA)、1-ベンジル-1,4-ジヒドロニコチンアミド(BNAH)がある。励起後、CO₂は還元された金属の内部の配位圏に配位するか、これと相互作用する。この還元プロセスの機構的な詳細は完全には決定されていないが、一般的に観測される生成物にはギ酸塩、ギ酸、一酸化炭素、メタノールがある。光吸収と接触還元の二反応は同じ金属中心でも異なる金属中心でも起こり得る。つまり、光増感剤と触媒は化学種間の電子移動手段となる有機結合でつながれていても良いということである。この場合、2つの金属中心は二金属超分子錯体を形成する。さらに、光増感剤の機能性配位子上に存在していた励起電子は付随配位子を介して触媒中心に達しこれが1電子還元(OER)種となる。2つのプロセスを異なる金属中心で行うことの利点は、中心金属や配位子を別個に選択することで、各反応中心を特定機能に特化させることが可能となる点である。
光化学的二酸化炭素還元は、太陽エネルギーを利用してCO₂を高エネルギーのものに変換すること。CO₂の化学変換はギ酸などの溶媒の製造においてすでに工業的規模で行われているが、光化学的還元は再生可能エネルギー源である太陽に依存するという点で異なる。CO₂は温室効果ガスであるため、効率的な光触媒である人工系を作り出すのに環境上での関心が集まっているが、現在の方法では回転率が低いため、広範囲での工業的応用が不可能である。
電荷を持った粒子の移動によって、電流が発生し、その強さはアンペアを単位として計られる。どんな荷電粒子（電荷担体）でも移動することで電流を形成できるが、電子が最も一般的である。歴史的な慣習により、電流の流れる向きは正の電荷の流れる向きとされており、電源の正極から負極に流れるとされる。負の電荷を持つ電子は電荷担体としては最も一般的だが、電気回路での電流の流れる向きと電子の移動する向きは反対である。しかし、状況によっては電流の向きと荷電粒子の移動する向きが一致する場合もあるし、荷電粒子が両方向に同時に移動することもある。様々な状況で電流の流れる方向を便宜的に定めるために、このような規定がある。物質を電流が流れる過程を電気伝導と呼び、その性質は流れる荷電粒子と物質の性質によって様々である。金属の場合は電子が流れ、電気分解においてはイオン（電荷を帯びた原子）が液体中を流れる。粒子自体の移動速度は極めて遅く、せいぜい毎秒数ミリメートルだが、それによって形成される電場は光速に近い速度で伝播する。そのため、電気信号は導線上で極めて高速に伝送される。電流はいくつかの目に見える現象を引き起こし、歴史的にはそれらが電流の存在を確認する手段でもあった。水に電流を流すと分解されるという現象は1800年にウィリアム・ニコルソンとアンソニー・カーライルが発見した。これがいわゆる電気分解である。そこからさらに研究が進み、1833年にマイケル・ファラデーが電気分解の法則を解明した。電気抵抗のある物質を電流が流れるとき、局所的な発熱がある。これを研究したのがジェームズ・プレスコット・ジュールで、1840年に数学的に定式化したジュールの法則を導き出した。電流に関する最も重要な発見をしたのはハンス・クリスティアン・エルステッドで、1820年に講義の準備をしているときに導線に電流を流したときに近くにあった方位磁針が振れることに気づいた。これが電気と磁気の基本的相互作用の発見であり、そこから電磁気学が発展することになった。工学や実用的観点では、電流を直流 (DC) と交流 (AC) に分類することが多い。これは電流が時間と共に変化するかしないかを示した用語である。直流は電池などが発する電流であり、常に一方向に流れる電流である。交流は電流の流れる向きが定期的に逆転する場合を指す。交流の電流の強さの時間変化は正弦波を描くことが多い。したがって、交流が流れる導体内では電荷（電子）が一方向に進むことはなく、短い距離を行ったり来たりすることになる。交流の電流の強さをある程度以上の時間で平均するとゼロになるが、エネルギーはある方向に運搬され、次に反対方向に運搬される。交流には定常的な直流では見られない特性があり、インダクタンスや静電容量に影響を受ける。そういった特性は電源を入れた直後など回路の過渡現象が主題となる場合に重要となる。