Cố định cacbon C4 là một trong ba phương pháp, cùng với cố định cacbon C3 và quang hợp CAM, được thực vật trên đất liền sử dụng để "cố định" điôxít cacbon (liên kết các phân tử CO2 dạng khí thành các hợp chất hoà tan trong thực vật) để sản xuất đường thông qua quang hợp. Các loài thực vật sử dụng cơ chế cố định cacbon C4 được gọi chung là thực vật C4.Cùng với quang hợp CAM, cố định cacbon C4 là sự hoàn thiện của chiến lược cố định cacbon C3 đơn giản và cổ hơn, nhưng hiện vẫn được phần lớn các loài thực vật sử dụng. Cả hai phương pháp này đều là cách thức vượt qua xu hướng của RuBisCO (enzym đầu tiên trong chu trình Calvin-Benson) trong quang hô hấp (lãng phí năng lượng bằng cách sử dụng ôxy để phá vỡ các hợp chất cacbon thành CO2). Thực vật C4 cách ly RuBisCO ra khỏi ôxy trong không khí, cố định cacbon trong các tế bào thịt lá và sử dụng oxaloaxetat cùng malat để chuyên chở cacbon đã cố định tới RuBisCO và phần còn lại của chu trình Calvin-Benson được cô lập trong các tế bào bó màng bao. Các hợp chất trung gian đều chứa 4 nguyên tử cacbon, vì thế mà có tên gọi C4.