Chu trình này do nhà Bác học người Mỹ Melvin Calvin phát hiện năm 1951.Sản phẩm đầu tiên được tạo ra là axit phosphoglyxeric (PGA) có 3 các bon, vì vậy chu trình này được gọi là chu trình C3. Ngày nay đã xác định được đa số thực vật cố định các bon theo chu trình này. Chu trình C3 được chia làm 3 giai đoạn
* Giai đoạn 1 (Giai đoạn cacboxyl hoá và phosphoryl hoá):
Đầu tiên, đường ribulose biphosphat (RuBP) có 5 các bon có sẵn trong chất nền lục lạp, được cacboxyl hoá (nhận CO2) tạo thành hai phân tử axit phosphoglyxeric (PGA), chúng thường ở dạng ion hoá nên còn gọi là phosphoglyxerat.
Tiếp đó, mỗi phân tử PGA lại bị phosphoryl hoá bởi một phân tử ATP (được tạo ra từ pha sáng) biến đổi thành axit 1-3 diphosphoglyxeric (ADPG), dạng ion hoá gọi là diphosphoglyxerat.
Có thể tóm tắt như sau: RuBP + CO2 → 2PGA
2PGA + 2ATP → 2ADPG + 2ADP
Như vậy ở giai đoạn này, từ 1RuBP sẽ tiếp nhận 1CO2 từ môi trường và 2ATP từ pha sang để biến đổi thành 2ADPG.
* Giai đoạn 2 (giai đoạn khử):
Ở giai đoạn này mỗi phân tử axit 1-3 diphosphoglyxeric sẽ bị khử bởi NADPH2
(được tạo ra từ pha sáng) để tạo thành một glyxeraldehyt 3phosphat (G3P), đồng thời giải phóng ra một nhóm phosphat tự do, một phân tử nước và một NADP+ cung cấp trở lại cho pha sáng.
ADPG + NADPH2 → G3P + Pi + H2O
* Giai đoạn 3 (giai đoạn phục hồi chất nhận):
Sau khi G3P được tạo thành sẽ đi theo hai hướng khác nhau. Một phần được biến đổi để tạo thành sản phẩm là các phân tử đường đơn, từ đó sẽ tiếp tục biến đổi để tạo thành tinh bột hay các hợp chất hữu cơ khác như protein, lipit… Phần còn lại biến đổi qua nhiều phản ứng để trở về chất nhận ban đầu là RuBP.
Có thể hình dung quá trình cố định các bon của thực vật C3 theo sơ đồ sau:
Hình II.16. Sơ đồ chu trình C3