دوران کالوین در اصل مرحله دوم فتوسنتز است، که می‌تواند در تاریکی نیز صورت گیرد. این مرحله در استرمای کلروپلاست انجام می‌شود. در این مرحله مولکولهای کربن موجود در گاز کربنیک (Co2) تثبیت می‌شوند و به فرم مولکول گلوکز در می‌آیند. واکنشهای چرخه کالوین به ترتیب زیر است:
۱. یک مولکول قند پنج کربنی به نام ریبولوز بی فسفات یا RuBP، مولکولهای دی اکسید کربن حل شده در استرما را به هم متصل می‌کند. این فرایند که تثبیت CO2 نام دارد به کمک آنزیمی با نام RuBP کربوکسیلاز انجام می‌شود. این آنزیم کاتالیزور واکنش است و در حضور آن، یک مولکول شش کربنی ناپایدار ساخته می‌شود. مولکول ناپایدار بلافاصله می‌شکند و دو مولکول سه کربنی ایجاد می‌شود. این مولکول ۳- فسفوگلیسرات (3PG) یا فسفوگلیسریک اسید (PGA) نامیده می‌شود.
۲. دو مولکول 3PG با اضافه شدن یک گروه فسفات پر انرژی از مولکول ATP و سپس شکستن باند فسفات و افزایش هیدورژن از+NADP+H، به یک قند سه کربنی فسفاته تبدیل می‌شوند. این مولکول گلیسرالدهید ۳- فسفات (G3P) یا فسفوگلیسرالدهید (PGAL) نامیده می‌شود.
۳. این سیکل سه بار تکرار می‌شود. سه مولکول CO2 مصرف می‌شود و شش مولکول G3P ایجاد می‌گردد. با این وجود فقط یکی از این شش مولکول، از چرخه خارج می‌شود. پنج مولکول دیگر در چرخه باقی می‌ماند و طی یک فرایند بسیار پیچیده برای تولید مجدد RuBP بیشتر به کار می‌روند تا چرخه به همین ترتیب ادامه پیدا کند. پس از اینکه چرخه شش بار طی شد، دو مولکول G3P تولید می‌شود. این دو مولکول با هم ترکیب می‌شوند و یک مولکول گلوکز ایجاد می‌گردد.
