Perbedaan utama antara tumbuhan C3 dan C4 adalah tumbuhan C3 membentuk senyawa tiga karbon sebagai produk stabil pertama dari reaksi gelap sedangkan tumbuhan C4 membentuk senyawa empat karbon sebagai produk stabil pertama reaksi gelap.
Fotosintesis adalah proses yang digerakkan oleh cahaya yang mengubah karbon dioksida dan air menjadi gula kaya energi pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria. Selama reaksi terang fotosintesis, fotolisis molekul air terjadi. Sebagai hasil dari fotolisis air, oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan. Setelah reaksi terang, reaksi gelap dimulai dan karbohidrat disintesis dengan memfiksasi karbon dioksida. Namun oksigen yang dihasilkan dari reaksi terang dapat berikatan dengan enzim utama reaksi gelap yaitu RuBP oxygenase-carboxylase (Rubisco) dan melakukan fotorespirasi. Fotorespirasi adalah proses yang membuang energi dan menurunkan sintesis karbohidrat. Oleh karena itu, untuk mencegah fotorespirasi, ada tiga cara berbeda terjadinya reaksi gelap pada tumbuhan untuk mencegah pertemuan oksigen dengan Rubisco. Karenanya,tergantung pada cara terjadinya reaksi gelap, ada 3 jenis tumbuhan; yaitu tanaman C3, tanaman C4, dan tanaman CAM.
