Les plantes en C4 utilisent mieux le gaz carbonique et valorisent mieux l'eau.

L'appareil photosynthétique des plantes en C4, d'origine tropicale (maïs, sorgho, canne à sucre), est plus complexe que celui des plantes en C3 (céréales à paille, colza, tournesol, soja...).

Chez les plantes en C4, la fixation initiale de gaz carbonique à la lumière entraîne la formation d'acides à quatre carbones sous l'épiderme des feuilles (cycle C4). Cette " réserve " de carbone accumulée dans " l'antichambre de la feuille " permet ensuite la synthèse continue d'acides à trois carbones, puis de sucres, dans les tissus foliaires plus profonds entourant les vaisseaux (cycle C3).

Les plantes en C3 fabriquent directement des acides à trois carbones et des sucres à partir du gaz carbonique de l'air (cycle C3 uniquement).

Les plantes en C4 valorisent ainsi plus efficacement le gaz carbonique de l'air que les plantes en C3 Leur machinerie photosynthétique tourne à plein régime avec une concentration de 200 à 250 ppm (0,2 à 0,25 %) de gaz carbonique dans l'air alors qu'il en faut 400 ppm pour les plantes en C3, sous un éclairement non limitant.

A intensité photosynthétique identique, les plantes en C4 consomment aussi moins d'eau que les plantes en C3 (jusqu'à 50 % de moins).