Les mécanismes conduisant à la production d’hydrogène par des micro-organismes photosynthétiques sont décrits dans cet article ainsi que le potentiel biologique d’optimisation. Les différents protocoles conduisant à la production d’hydrogène sont passés en revue. Pour les procédés basés sur des microalgues, on utilise en général deux phases : une phase oxygénique de croissance de la biomasse et une phase anoxique de production d’hydrogène. Cependant, ce mode de production de biohydrogène n’est pas encore mature et seuls les procédés utilisés au laboratoire sont donnés. Différents types de photobioréacteurs ont été utilisés, notamment pour répondre à la mise en œuvre des deux phases du protocole de production.

Avec quelques milliers de tonnes par an, la filière des microalgues est focalisée sur la biomasse sèche et sur des produits à haute valeur obtenus par une simple extraction. Actuellement, l'attention se porte sur les microalgues photosynthétiques dans une stratégie de valorisation de déchets (« waste-to-value ») : le CO2 de diverses sources industrielles, ainsi que des effluents nitrates, phosphates, etc. peuvent être convertis en produits valorisables par raffinage de la biomasse en huiles, protéines, carbohydrates, engrais, biopolymères, biogaz, biocarburants, oxygène, etc.