Ciemne reakcje fotosyntezy wytwarzają cząsteczki fosforanu cukru z trzema atomami węgla. Te reakcje, zwane cyklem Calvina, nazywane są reakcjami ciemnymi, ponieważ nie wykorzystują bezpośrednio energii światła, ale nadal zależy od energii wychwytywanej przez światło i występuje tylko w ciągu dnia.
Rośliny wykorzystują energię słoneczną do przekształcania dwutlenku węgla i wody w cukier. Energia ze słońca nie wpływa jednak bezpośrednio na rozkład dwutlenku węgla i wody oraz tworzenie cukrów. Zamiast tego istnieje pośredni etap, w którym energia jest przechowywana w innej cząsteczce zwanej ATP. Cząsteczka ta jest następnie transportowana do innej części chloroplastu, gdzie jest używana do zasilania cyklu Calvina.
Pierwszy etap ciemnej reakcji obejmuje cząsteczkę z pięcioma atomami węgla reagującą z cząsteczką ditlenku węgla, tworząc pośrednią cząsteczkę o sześciu atomach węgla. Ta cząsteczka rozdziela się natychmiast, a każda połowa przechodzi jeszcze dwie reakcje, zanim cykl Calvina zostanie z nimi zakończony. Za każdym razem, poprzez cykl węglowy, powstaje sześć z tych cząsteczek, ale pięć z nich jest później zużywanych w celu regeneracji cząsteczek używanych do ponownego przeprowadzenia cyklu Calvina, co oznacza, że tylko jedna z tych cząsteczek z trzema węglami pozostaje po każdym ukończonym cyklu Calvina.
