一般植物中，二氧化碳同化時固定的第一個產物是具有3個碳原子的磷酸甘油酸，采用這種途徑的植物稱碳3植物,，如大豆、棉花、小麥和稻等。而有些植物中，二氧化碳固定的第一個產物是具有4個碳原子的雙羧酸，采用這種途徑的植物稱碳4植物,，如玉米、高粱和甘蔗等。二氧化碳首先在葉肉細胞內被固定在四碳雙羧酸中，然后被運輸到維管束鞘細胞中脫羧，放出的二氧化碳被 Rubisco催化的羧化反應再次固定，該途徑實際上是在二氧化碳同化的基礎上增加了一個四碳雙羧酸循環，這個循環像一個二氧化碳泵,使 Rubisco羧化部位的二氧化碳濃度比碳3植物的高很多，從而減少光呼吸，因而碳4植物在強光下具有比碳3植物更高的光合效率 。
有些耐干旱的植物如景天、仙人掌等的光合碳同化過程與碳4植物類似，先將二氧化碳固定并還原成四碳雙羧酸，但它們不在兩類細胞間運輸，而是將兩次二氧化碳固定的時間錯開：夜間氣孔開放，吸收的二氧化碳固定于四碳雙羧酸中；白天氣孔關閉，四碳雙羧酸脫羧釋放的二氧化碳再次固定在磷酸甘油酸中，并同化成磷酸丙糖，避免了白天強烈的水分蒸騰，更有利于植物在干旱環境中生存