Ciemne reakcje występują w zrębie chloroplastów komórek roślinnych. Zrąb jest przestrzenią otaczającą błony tylakoidowe, które są strukturami odpowiedzialnymi za lekkie reakcje fotosyntezy. Zarówno reakcje jasne, jak i ciemne są niezbędne do fotosyntezy w celu wytworzenia glukozy.
Ciemne reakcje mogą wystąpić w obecności lub nieobecności światła. Reakcje te wykorzystują energię wytworzoną w reakcjach świetlnych do przetwarzania dwutlenku węgla w cyklu Calvina. Reakcje świetlne pobierają energię ze światła słonecznego i przekształcają ją w energię chemiczną niezbędną do wystąpienia cyklu Calvina. Chlorofil i inne pigmenty w błonach tylakoidalnych wychwytują światło z czerwonego i niebieskiego widma promieni słonecznych podczas reakcji światła. Światło z zielonego widma jest odbijane, dając roślinie zielony kolor.
Część glukozy wytwarzana przez ciemne reakcje fotosyntezy jest wykorzystywana przez roślinę. Glukoza, której roślina nie używa, jest przechowywana w tkankach rośliny. Zwierzęta jedzą rośliny i pobierają dodatkową glukozę, która jest przechowywana. Glukoza jest wykorzystywana zarówno przez rośliny, jak i zwierzęta do produkcji energii w procesach komórkowych podczas oddychania komórkowego. Oprócz energii, oddychanie komórkowe produkuje również dwutlenek węgla i wodę, które są niezbędnymi składnikami procesu fotosyntezy.
