Una variante della reazione di fotosintesi è quella delle piante dette "C4" che, sia pur appartenenti a famiglie differenti, sono tutte angiosperme di origine tropicale, come la canna da zucchero e il mais; ciò fa pensare che, nel corso dell'evoluzione, questo tipo di fotosintesi si sia affermato in modo indipendente in diversi gruppi vegetali, come fenomeno di convergenza dovuto alla spinta selettiva di analoghe condizioni climatiche. Lo schema generale della fotosintesi C3, attuato dalla maggior parte delle piante, prevede che nella fase oscura (o ciclo di Calvin) l'anidride carbonica venga coinvolta in una serie di reazioni in cui, combinandosi con uno zucchero a 5 atomi di carbonio (il ribulosio), dà luogo a una molecola di zucchero a 6 atomi di carbonio (il glucosio). Nelle piante C4 l'anidride carbonica, penetrata attraverso gli stomi fino alle cellule del mesofillo, viene convertita in ossalacetato e quindi in malato (o aspartato), a 4 atomi di carbonio; tale composto raggiunge le cellule che circondano i fasci conduttori (cellule della guaina dei fasci) ed è riconvertito in anidride carbonica, coinvolta infine nelle reazioni del ciclo di Calvin. L'efficienza di questa reazione è superiore a quella della fotosintesi C3.