Izolált kloroplasztiszok vagy egysejtű zöld algák ATP és NADPH2 jelenlétében sötétben is képesek a szén-dioxidot redukálni, szerves vegyületekben megkötni. E folyamat tehát sötétben is lejátszódik, s tisztán biokémiai folyamatokon alapszik. A szén-dioxid redukciójának köztes termékeit Calvin és munkatársai 1948 és 1951 között egysejtű zöld algákkal végzett kísérletek során izotóptechnikával azonosították. Az algaszuszpenziót 14CO2 jelenlétében különböző ideig megvilágították, majd forró metil-alkoholos kivonatot készítettek belőle, aminek komponenseit kétdimenziós papírkromatográfia segítségével szétválasztották. Röntgenfilmet helyezve a kromatogramra a radioaktív szenet tartalmazó vegyületek helyén a film megfeketedett. A foltokat azonosították (24. ábra). Megállapították, hogy már 2 másodperces fotoszintézis során is számos vegyület tartalmazta a megkötött 14C-t. Legnagyobb mennyiségben a foszfo-glicerinsav jelölődött (ennek foltja a legnagyobb). 60 másodperces expozíció után triózfoszfátok mellett jelentős mennyiségben tudtak kimutatni cukorfoszfátokat, difoszfátokat, sőt aminosavak is jelölődtek, s megjelent a nádcukor is. A rövid expozíciós idő alatt legnagyobb mennyiségben jelölődött foszfo-glicerinsav radioaktivitásának 95%-a a karboxilcsoportban lokalizálódott. Ebből arra következtettek, hogy a szén-dioxid karboxilációs reakció során kötődik meg, s az elsődleges termék foszfo-glicerinsav. A különböző ideig tartó fotoszintézis termékeinek azonosítása után következtetni lehetett az elsődleges termék átalakulási folyamatára, s végül Calvin tisztázta a szén-dioxid megkötésének körfolyamatát (Calvin-ciklus).