カルビン回路は暗反応とも呼ばれる過程で、二酸化炭素（正確には炭酸イオン）の固定を行なう炭酸固定反応である。カルビン回路は10以上の酵素からなる複雑な回路であるが、回転は主にリブロース1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ（RubisCO）によって調節される。
光化学反応によって生じたNADPHおよびATPを酸化および加水分解して生じたフルクトース6-リン酸からデンプンを合成し、葉緑体内にデンプン粒を作成する。また、中間代謝物であるジヒドロキシアセトンリン酸は葉緑体外部に輸送される炭素源の一つである。
カルビン回路の収支式は以下の通りである。
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6CO2 + 12NADPH + 18ATP → C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi
この反応を正確に書くと
6CO2 + 12NADPH + 18ATP → フルクトース-1,6-ビスリン酸 + 12NADP+ + 18ADP + 16Pi
カルビン回路および光化学反応の収支式をまとめると以下の反応式となる。
6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2
この式は好気呼吸の収支式の逆反応であり、炭素消費および固定の収支が極めて巨大な生態系視野でもうまく行くことが理解できる（→炭素循環）。