要理解这一现象首先要从C4途径开始说起:
叶肉细胞里的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）经PEP羧化酶的作用,与CO2结合,形成苹果酸或天门冬氨酸.这些四碳双羧酸转移到鞘细胞里,通过脱羧酶的作用释放CO2,后者在鞘细胞叶绿体内经核酮糖二磷酸(RuBP)羧化酶作用,进入光合碳循环.这种由PEP形成四碳双羧酸,然后又脱羧释放CO2的代谢途径称为四碳途径.其叶肉细胞中,含有独特的酶,即磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶,使得二氧化碳先被一种三碳化合物--磷酸烯醇式丙酮酸同化,形成四碳化合物草酰乙酸盐,这也是该暗反应类型名称的由来.这草酰乙酸盐在转变为苹果酸盐后,进入维管束鞘,就会分解释放二氧化碳和一分子甘油.二氧化碳进入卡尔文循环,后同C3进程.而甘油则会被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸,此过程消耗ATP.
其中PEP羧化酶的活性非常高,使得C4途径的二氧化碳补偿点很低,于是在高温强光下当植物叶片气孔闭合时,C3植物的光合作用已经停止,C4植物依然可以利用叶肉细胞间隙的二氧化碳进行光合作用,所以效率高