물질대사
광합성은 햇빛과 이산화 탄소(CO)를 이용하여 탄수화물을 합성하는 과정이다. 식물과 남세균, 조류는 광합성을 통해 물을 분해하고 산소를 부산물로 생산한다. 이 과정은 광합성 반응 중심에서 생산된 ATP와 NADPH를 사용하여 CO를 3-포스포글리세르산으로 전환하고, 3-포스포글리세르산은 이후 포도당으로 전환된다. 탄소 고정 반응은 캘빈 회로의 일부로 루비스코(RuBisCO)라는 효소가 참여한다. 식물에서는 C 탄소 고정, C 탄소 고정, 그리고 CAM 광합성 이렇게 세 종류의 광합성이 일어나며, 이들은 CO가 캘빈 회로에 들어가는 방법에 따라 구분된다. C 식물은 CO를 직접적으로 고정하고, C 식물과 CAM 식물은 CO를 먼저 다른 화합물의 일부로 포함시킨다. 이는 강렬한 햇빛과 건조한 환경에 적응하기 위한 방편이다.
광호흡
광호흡은 진화적인 유물로 여겨진다. 유력한 가설에 따르면 최초의 식물이 출현할 당시 대기의 상태는 산소가 희박했기 때문에 루비스코의 기능은 이산화탄소 고정으로 한정되어 있었지만, 점차 대기 중의 산소농도가 높아지면서 루비스코의 예기치 않은 기능인 광호흡(O에 의한 탄소소모)이 나타나게 되었을 것으로 예상된다. 이러한 루비스코에 의한 광호흡을 막기 위하여 새로운 대사과정을 추가하고 식물체 내부구조를 변형시켜 C3식물에서 C4식물, CAM식물이 진화과정에서 등장한 것으로 보고 있다.