Die ATP- und NADPH-Moleküle aus den Lichtreaktionen treiben die Zuckersynthese im Calvin-Zyklus an. In der animierten Darstellung des Calvin-Zyklus werden drei CO₂-Moleküle mit drei Molekülen Ribulosebisphosphat (RuBP) gekoppelt, einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, der im Stroma bereits vorhanden ist. Damit befinden sich nun insgesamt 18 Kohlenstoffatome in dem Zyklus, drei aus dem CO₂ und fünfzehn aus den drei RuBP-Molekülen. Nachdem die Zuckermoleküle jeweils ein CO₂ aufgenommen haben, zerfallen sie sofort zu sechs Molekülen Phosphoglycerinsäure (PGA), die jeweils drei Kohlenstoffatome enthalten.

Der Calvin-Zyklus verbraucht die chemische Energie, die in den Lichtreaktionen erzeugt wurde: ATP phosphoryliert die PGA (das heißt es fügt ein Phosphat an); die so entstehende Verbindung wird dann durch NADPH reduziert. Das Produkt ist Glycerinaldehyd-3-phosphat (hier abgekürzt mit GP), ein Zucker aus drei Kohlenstoffatomen. Von den sechs GP-Molekülen, die dabei entstehen, ist netto nur eines ein neues Produkt. Die anderen fünf dienen dazu, die drei RuBP-Moleküle aus jeweils fünf Kohlenstoffatomen zu regenerieren, die zur Aufrechterhaltung des Zyklus gebraucht werden.

Im Calvin-Zyklus dienen also ATP und NADPH dazu, drei CO₂-Moleküle in ein Zuckermolekül aus drei Kohlenstoffatomen umzuwandeln. Diese kleinen Moleküle kann die Pflanze dann zum Aufbau größerer Zucker wie Glucose und vieler anderer organischer Verbindungen verwenden. Die Lichtreaktionen haben vor allem die Aufgabe, im Stroma den ATP- und NADPH-Vorrat aufzufüllen, der für den Calvin-Zyklus notwendig ist.