Het belangrijkste verschil tussen C3- en C4-planten is dat de C3-planten een drie-koolstofverbinding vormen als het eerste stabiele product van de donkere reactie, terwijl de C4-planten een vier-koolstof-verbinding vormen als het eerste stabiele product van de donkere reactie.
Fotosynthese is een door licht gestuurd proces dat kooldioxide en water omzet in energierijke suikers in planten, algen en cyanobacteriën. Tijdens de lichtreactie van fotosynthese vindt fotolyse van watermoleculen plaats. Als gevolg van fotolyse van water komt zuurstof vrij als bijproduct. Na de lichte reactie begint de donkere reactie en worden koolhydraten gesynthetiseerd door kooldioxide te fixeren. Zuurstof die door de lichte reactie wordt gegenereerd, kan echter binden aan het belangrijkste enzym van de donkere reactie, namelijk RuBP-oxygenase-carboxylase (Rubisco), en fotorespiratie uitvoeren. Fotorespiratie is een proces dat energie verspilt en de synthese van koolhydraten vermindert. Om fotorespiratie te voorkomen, zijn er daarom drie verschillende manieren waarop een donkere reactie in planten optreedt om de ontmoeting van zuurstof met Rubisco te voorkomen. Vandaar,afhankelijk van de manier waarop de donkere reactie plaatsvindt, zijn er 3 soorten planten; namelijk C3-planten, C4-planten en CAM-planten.
