C4植物與C3植物的一個重要區別是C4植物的CO2補償點很低，而C3植物的補償點很高，所以C4植物在CO2含量低的情況下存活率更高。
C4植物主要是那些生活在干旱熱帶地區的植物。在這種環境中，植物若長時間開放氣孔吸收二氧化碳，會導致水分通過蒸騰作用過快的流失。所以，植物只能短時間開放氣孔，二氧化碳的攝入量必然少。植物必須利用這少量的二氧化碳進行光合作用，合成自身生長所需的物質。
在C4植物葉片維管束的周圍，有維管束鞘圍繞，這些維管束鞘細胞里有葉綠體，但里面并無基粒或基粒發育不良。在這里，主要進行卡爾文循環。
該類型的優點是，二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱環境生長。C3植物行光合作用所得的淀粉會貯存在葉肉細胞中，因為這是卡爾文循環的場所，而維管束鞘細胞則不含葉綠體。而C4植物的淀粉將會貯存于維管束鞘細胞內，因為C4植物的卡爾文循環是在此發生的。
C4型植物有：玉米、甘蔗、高粱、馬齒莧、莎草科，雙子葉植物菊科、大戟科、藜科和莧科。