Aydınlık evre sonucunda ortaya çıkan enerji yüklü ATP ve NADPH molekülleri, karanlık evrede kullanılan karbondioksiti, şeker ve nişasta gibi besin maddelerine dönüştürürler.
Karanlık evre dairesel bir reaksiyondur. Bu devre, sürecin devam edebilmesi için reaksiyonun sonunda yeniden üretilmesi gereken bir molekülle başlar. Kelvin devri de denilen bu reaksiyonda NADPH'yle bitişik olan elektronlar ve hidrojen iyonları ve ATP'yle bitişik olan fosfor kullanılarak glikoz üretilir. Bu işlemler kloroplastın "stroma" diye adlandırılan sıvı bölgelerinde gerçekleşir ve her aşama farklı bir enzim tarafından kontrol edilir. Karanlık evre reaksiyonu gözenekler yoluyla yaprağın içine girerek stromada dağılan karbondiokside ihtiyaç duyar. Bu karbondioksit molekülleri stromada, 5-RuBP adı verilen şeker moleküllerine bağlandıklarında dengesiz 6-karbon molekülü oluştururlar ve böylece karanlık evre başlamış olur. (bkz. s. 185'deki şekil, 1. aşama)
Bu 6-karbon molekülü hemen ayrılır ve ortaya iki tane 3-fosfogliserat (3PG)molekülü çıkar. Her iki moleküle de ATP tarafından fosfat eklenir ve bu işleme fosforilasyon denir. (bkz. s. 185'daki şekil, 2. aşama) Fosforilasyon sonucunda iki bifosfogliserat (BPG) molekülü oluşur. Bunlar NADPH tarafından parçalanır ve ortaya iki gliseral-3-fosfat (G3P) molekülü çıkar. (bkz. s.185'daki şekil, 3-4. aşamalar) Bu son ürün artık kavşak noktasındadır ve bir kısmı sitoplazmaya giderek glikoz üretimine katılmak için kloroplastı terk eder. (bkz. s.185'daki şekil, 5. aşama) Diğer kısmı ise Kelvin devrine devam eder ve tekrar fosforilasyona uğrar. Böylece devrin en başındaki 5-RuBP molekülüne dönüşür. (bkz. s 185'daki şekil, 7-8. aşamalar) Bir glikoz molekülü oluşturmak için gerekli olan G3P molekülünün üretilebilmesi için bu devrin 6 kez tekrarlanması gerekir.
Fotosentezin her aşamasında olduğu gibi bu aşamasında da enzimler önemli görevler üstlenmişlerdir. Bu enzimlerin ne kadar hayati öneme sahip olduklarını anlamak için bir örnek verelim. Fotosentezin özellikle bu aşamasında etkili olan karboksidismütaz (ribuloz 1,5 difostaz karboksilaz) adlı enzim 0,00000001 milimetre (milimetrenin yüzmilyonda biri) büyüklüğünde olmasına rağmen asitleri ayrıştırır, oksitleme işlerini katalize eder.
Bu ne işe yarar? Eğer karbonhidratlar (trioz-heksoz moleküller) hücre içinde belirli bir oranda ve belirli bir yapıda depolanmazlarsa, hücre içi basıncı artırır ve en sonunda hücrenin parçalanmasına yol açarlar. Bu yüzden bu depolama, sıvılardan kaynaklanan iç basıncı etkilemeyen nişasta makromolekülleri şeklinde gerçekleşir. Bu ise enzimlerin 24 saat boyunca yaptıkları sıradan işlerden biridir.
Daha önce de belirtildiği gibi geriye kalan 5 RuBP molekülü ise sistemi yeniden başlatmak için gerekli olan madde ihtiyacını karşılayarak, kesintisiz bir reaksiyon zincirinin kurulmasını sağlamış olur. Karbondioksit, ATP ve NADPH mevcut olduğu sürece bu reaksiyon bütün kloroplastlarda devamlı olarak tekrarlanır. Bu reaksiyon sırasında üretilen binlerce glikoz molekülü bitki tarafından oksijenli solunum ve yapısal malzeme olarak kullanılır ya da depolanır.84
Burada kısaca özetlenen ve anlamak için ciddi bir dikkat verilmesi gereken bu reaksiyon zincirini kaba hatlarıyla çözebilmek bile bilim adamlarının yüzyıllarını almıştır. Yeryüzünde başka hiçbir şekilde üretilemeyen karbonhidratlar ya da daha geniş anlamda organik maddeler, milyonlarca yıldır bitkiler tarafından bu son derece kompleks sistem sayesinde üretilmektedir. Üretilen bu maddelerse diğer canlılar için en önemli besin kaynaklarıdır.
Fotosentezi, bu karmaşık ve bugün dahi insanlar tarafından tam olarak anlaşılamamış haliyle, milyarlarca yıldır gerçekleştiren bitkiler, bakteriler ve diğer tek hücreli canlılar ne yaptıklarının bile farkında olmayan, aklı, beyni, gözü ve kulağı bulunmayan varlıklardır. Bu varlıkların, fotosentez sistemine kendi kendilerine sahip olduklarını iddia etmek, bu varlıkların enerji sağlamak için Güneş'i, suyu ve havayı kullanmak yönünde bir karar aldıklarını, bu kararlarını uygulamak için kimya, fizik, matematik, optik ve genetik bilgilerine sahip olduklarını iddia etmek kadar mantıksızdır. Bitkiler şöyle dursun, dünyanın bütün araştırmacıları ve bilim adamları biraraya gelseler ve sadece organik maddeleri kullanarak fotosentez yapan bir klorofil üretmeye kalksalar yine bunu başaramazlar. Çünkü bu sistemi kurmaları için önce sistemin nasıl çalıştığını çözmeleri gerekir; ancak bugünkü bilim ve teknoloji düzeyi bu son derece kompleks ve esrarengiz sistemin işleyişini ana hatları dışında çözmeye yetmemektedir.
Kaldı ki bir gün bu sır çözülse dahi, bir kurşun kalem ucuna 500 bin tanesi sığdırılmış klorofil molekülünün bir benzerini üretmek dahi şu anda insan aklı ve yeteneklerinin çok ötesinde bir durumdur. Dolayısıyla insan aklı ve imkanlarının gerçekleştiremediğini, bitkilerin içindeki şuursuz atomların ve kör tesadüflerin gerçekleştirdiğini iddia etmek son derece akıl dışıdır.