Thực vật C4 có một số ưu thế cạnh tranh khi so với các thực vật chỉ có kiểu cố định cacbon C3 thông thường trong các điều kiện khô hạn, nhiệt độ cao cũng như khi bị hạn chế về nitơ hay điôxít cacbon. Kiểu cố định cacbon C4 đã tiến hóa trong ít nhất 18 trường hợp độc lập trong các nhóm thực vật khác nhau, vì thế nó là ví dụ của tiến hóa hội tụ. Thực vật sử dụng cơ chế trao đổi chất C4 bao gồm mía, ngô, lúa miến, kê châu Phi, dền, cỏ Wobsqua[cần dẫn nguồn] v.v. Thực vật C4 đã phát sinh trong đại Tân Sinh và chỉ trở nên phổ biến kể từ thế Miocen. Ngày nay, chúng chiếm khoảng 5% sinh khối thực vật trên Trái Đất và khoảng 1% về số loài đã biết. Các loài này chủ yếu tập trung tại khu vực nhiệt đới trong đó nhiệt độ cao của không khí tạo ra khả năng cao hơn cho hoạt động ôxi hóa của RuBisCO, và điều này làm tăng tốc độ quang hô hấp ở thực vật C3.