高等植物的光合碳同化是通過三種不同途徑來實現的，其中基本的途徑是卡爾文循環，另兩個途徑是C4途徑和景天科植物酸代謝途徑。
卡爾文循環是光合作用中碳反應的一部分。反應場所為葉綠體內的基質。循環可分為三個階段: 羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫Rubisco的酶作用整合到一個五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。此過程稱為二氧化碳的固定。這一步反應的意義是，把原本并不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨后能被還原。但這種六碳化合物極不穩定，會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者被光反應中生成的NADPH還原，此過程需要消耗ATP，產物是3-磷酸丙糖。后來經過一系列復雜的生化反應，一個碳原子將會被用于合成葡萄糖而離開循環。剩下的五個碳原子經一系列變化，最后再生成一個1，5-二磷酸核酮糖，循環重新開始。循環運行六次，生成一分子的葡萄糖。