C4植物是一種特殊的植物，它們在光合作用中具有獨特的二氧化碳固定和運輸機制。
在C4植物中，二氧化碳首先被固定成一種含有四個碳原子的有機酸，如草酰乙酸，這一過程與C3植物的光合作用初期不同，C3植物中二氧化碳首先被固定成三磷酸甘油酸。C4植物的特點是它們的葉片由兩種不同類型的細胞組成，圍繞着維管束形成“花環型”結構，其中一種是維管束鞘細胞，這些細胞較大，含有不含基粒的葉綠體；另一種是周圍的葉肉細胞，含有具有基粒的葉綠體。
C4途徑允許植物在二氧化碳濃度較低的環境下進行有效光合作用，這一過程比C3植物更高效，特別是在高光、高溫和乾旱的環境條件下。許多重要的農作物，如玉米和高粱，都具有C4途徑。