Pha 1: Cố định carbon.

Chu trình Calvin cố định CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} bằng cách gắn chúng với phân tử ribulose bisphosphate ( RuBP ) dưới tác dung của enzyme xúc tác Rubisco . Sau đó tạo nên một phân tử trung gian 6-carbon nhưng vì không ổn định nên nó phân thành 2 phân tử 3 - carbon ( 3-phosphoglycerate ). Vì chất cố định CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} đầu tiên là 1 phân tử có 3 carbon nên chu trình Calvin còn có một tên gọi khác là chu trình C3.

Pha 2: Pha khử.

Mỗi phân tử 3-phosphoglycerate đều được nhận thêm một nhóm phosphate từ ATP nên biến thành 1,3 bisphosphoglycerate.

Sau đó 1,3 bisphosphoglycerate nhận thêm 1 đôi electron từ NADPH (được tổng hợp từ pha sáng ) biến thành glyceraldehide-3-aldehide (G3P) còn NADPH trở thành NADP + {\displaystyle {\ce {NADP+}}} sẽ được quay trở về pha sáng tái tạo lại NADPH tại cuối chuỗi chuyền electron

Trong một chu trình Calvin hoàn chỉnh thì cần sự tham gia của 3 phân tử CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} và sau 1 loạt các phản ứng sẽ tạo nên 6 G3P. Trong 6 phân tử G3P này chỉ có 1 phân tử ra khỏi chu trình để tế bào cây sử dụng (tổng hợp glucose) còn 5 phân tử còn lại phải được quay vòng để tái sinh chất nhận RuBP

Pha 3: Pha tái sinh chất nhận (RuBP).

Trong loạt phản ứng, khung carbon của 5 phân tử G3P được sắp xếp lại nhờ 3 phân tử ATP và tạo nên 3 phân tử RuBP để chuẩn bị nhận trở lại nhận 3 phân tử CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} và 1 chu trình Calvin mới lại được bắt đầu.