C₄植物是指在光合作用的暗反应过程中，一个C₂被—个含有三个碳原子的化合物(磷酸烯醇式丙酮酸)固定后首先形成含四个碳原子的有机酸（草酰乙酸），所以称为C₄植物。C₄植物叶片的结构特点是：围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞，里面一圈是维管束鞘细胞，细胞较大，里面的叶绿体不含基粒。外圈的叶肉细胞相对小一些，细胞中含有具有基粒的叶绿体。通过C₄途径固定CO₂的过程是在叶肉细胞中进行的。C₄中的C转移到C₃途径是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的暗反应过程也是在维管束鞘细胞中进行。光合作用的产生也主要积累在维管束鞘细胞中。C₄植物具有两条固定CO₂的途径，即C₃途径和C₄途径。

C₄植物通常分布在热带地区，光合作用效率较C₃植物高，对CO₂的利用率也较C₃植物高，所以具有C₄途径的农作物的产量比具有C₃途径的农作物产量要高，如玉米就属于C₄植物。