בני אדם אינם היחידים שאוהבים פחמימות. צמחים זקוקים להם גם כדי לשרוד, ופחמימות הן מקור אנרגיה חשוב. במהלך הפוטוסינתזה, צמחים משלבים מים עם פחמן דו חמצני ואור שמש ליצירת פחמימות. יש שני חלקים לפוטוסינתזה: התגובות תלויות האור והתגובות שאינן תלויות אור או תגובות כהות.
מחזור קלווין הוא תגובה חשוכה מכיוון שהוא אינו זקוק לאור שמש. למרות שזה יכול לקרות במהלך היום, תהליך זה אינו דורש אנרגיה מהשמש לעבודה. שמות אחרים למחזור קלווין כוללים את מחזור קלווין-בנסון, תגובה בלתי תלויה באור, קיבוע פחמן ו- C3 נָתִיב.
במהלך מחזור קלווין, הצמח לוכד פחמן דו חמצני, אשר מגיב עם הסוכר, הביספוספט הריבולוזי - RuBP - ליצירת סוכר בעל שש פחמן. לאחר מכן, סוכר זה בעל שישה פחמן מתפרק בעזרת האנזים RuBisCO ליצירת שתי מולקולות של חומצה 3-פוספוגליצרית, או 3PGA. לאחר מכן, אדנוזין טריפוספט, ATP וניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד מימן פוספט, הנקרא NADPH, ממירים את ה- 3PGA לגליצראלדהיד-3-פוספט, בקיצור G3P. חלק מה- G3P הופך ל- RuBP, כך שהמחזור יכול להתחיל מחדש. חלק נוסף של G3P מסייע ביצירת פרוקטוז דיפוספט, שעלול להפוך לפחמימות כמו גלוקוז או סוכרוז.
התוצר הסופי של מחזור קלווין הוא סוכר פשוט. סוכר זה יכול להפוך לפחמימה כמו עמילן, המהווה מקור אנרגיה חיוני לצמחים. לדוגמא, הצמחים יכולים להעביר גלוקוז לעשות תהליכים חשובים כמו סיוע לנשימה לשחרור אנרגיה. הם יכולים גם להמיר גלוקוז למטרות אחסון או להשתמש בו כאבן בניין לגדילה.
כמות הפחמן הדו חמצני שהצמח יכול לגשת אליו משפיעה על מחזור קלווין. ריכוז גבוה יותר של פחמן דו חמצני פירושו שקצב תהליך הפוטוסינתזה יכול לעלות. בנוסף, הטמפרטורה משפיעה על המחזור. מכיוון שהוא דורש אנזימים, טמפרטורה גבוהה מדי או נמוכה מדי תשפיע עליה.
מלווין קלווין, כימאי אמריקאי, גילה את מחזור קלווין. בהמשך זכה בפרס נובל לכימיה לשנת 1961. כשעבד באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, הוא השתמש באיזוטופ פחמן 14 כדי להבין את תהליך הפוטוסינתזה בצמחים. איזוטופ רדיואקטיבי זה עזר לו לקבוע כיצד פועלת התגובה העצמאית לאור באצות חד תאיות.