Hiilen sitomisreaktioita kutsutaan usein ”pimeäreaktioiksi”, koska ne eivät suoranaisesti tarvitse valoa kuten valoreaktiot. Hiilen sitomisreaktiot tarvitsevat kuitenkin toimiakseen valoreaktioiden tuotteita, joten nimestään huolimatta ne tapahtuvat valossa kuten valoreaktiotkin. Hiilen sitomisreaktiot eivät kuitenkaan suoraan tarvitse valoa toimiakseen.

Hiilen sitomisreaktiot tapahtuvat viherhiukkasen sisällä, mutta yhteyttämiskalvostojen ulkopuolella. Sitomisreaktioissa ilmakehän hiilidioksidi pelkistetään NADPH:n ja ATP:n avulla glukoosiksi. Yhden glukoosimolekyylin rakentamiseksi kasvi sitoo kuusi hiilidioksidimolekyyliä sekä käyttää 12 molekyyliä NADPH:ta ja 18 ATP-molekyyliä. Sivutuotteena syntyy kuusi vesimolekyyliä. Hiilen sitominen orgaanisiksi yhdisteiksi on siis  paljon energiaa kuluttava prosessi.

Fotosynteesin reaktiot voidaan kuvata siis kemiallisesti yksinkertaistettuna seuraavasti:

Valoreaktiot:                     12 H₂O ➞ 6 O₂ + 24H⁺ + 24 e^- (Elektronit siirtyvät elektroninsiirtäjämolekyylille NADPH:lle. Tarvitsee toimiakseen auringon valoenergiaa.)

Hiilen sitomisreaktiot:      6 CO₂ + 24 H⁺ + 24 e^- ➞ C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O

Koska lähtöaineissa on 12 vesimolekyyliä ja tuotteissa 6, voidaan kokonaisreaktiota yksinkertaistaa.

Kokonaisreaktio:              6 CO₂ + 6 H₂O ➞ C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Hiilen sitomisreaktioissa kasvi sitoo ilmakehän hiilidioksidia orgaanisiin yhdisteisiin. Tämän aikaansaamiseksi se käyttää valoreaktioissa tuotettua ATP:tä sekä pelkistyneitä elektroninsiirtäjiä (NADPH).

Lisätietoa hiilen sitomisesta.