Kluczowa różnica między roślinami C3 i C4 polega na tym, że rośliny C3 tworzą związek trójwęglowy jako pierwszy stabilny produkt reakcji w ciemności, podczas gdy rośliny C4 tworzą związek czterowęglowy jako pierwszy stabilny produkt reakcji w ciemności.
Fotosynteza to proces napędzany światłem, który przekształca dwutlenek węgla i wodę w bogate w energię cukry w roślinach, algach i cyjanobakteriach. Podczas lekkiej reakcji fotosyntezy zachodzi fotoliza cząsteczek wody. W wyniku fotolizy wody jako produkt uboczny uwalnia się tlen. Po lekkiej reakcji rozpoczyna się ciemna reakcja, która syntetyzuje węglowodany poprzez wiązanie dwutlenku węgla. Jednak tlen wytwarzany w reakcji na światło może wiązać się z głównym enzymem reakcji ciemności, którym jest oksygenaza-karboksylaza RuBP (Rubisco) i przeprowadzać fotooddychanie. Fotooddychanie to proces, który powoduje marnowanie energii i zmniejsza syntezę węglowodanów. Dlatego, aby zapobiec fotooddychaniu, istnieją trzy różne sposoby, w jakie ciemna reakcja zachodzi w roślinach, aby zapobiec spotkaniu tlenu z Rubisco. W związku z tym,w zależności od sposobu, w jaki zachodzi ciemna reakcja, istnieją 3 rodzaje roślin; mianowicie rośliny C3, rośliny C4 i rośliny CAM.
