二氧化碳固定（也稱為二氧化碳同化或碳素同化）是生物體吸收二氧化碳並轉化為自身細胞物質的過程。這一過程主要通過卡爾文循環（也稱為C3途徑或三碳途徑）進行，發生在葉綠體的基質中。在卡爾文循環中，二氧化碳首先與1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）結合，形成3-磷酸甘油酸（PGA）。然後，3-磷酸甘油酸被還原為3-磷酸甘油醛（G3P），最終部分G3P轉化為澱粉或糖類，而另一部分則重新生成RuBP，完成循環。
除了卡爾文循環，還有其他幾種二氧化碳固定途徑，包括C4途徑和景天酸代謝途徑（CAM途徑）。C4途徑在CO2濃度較低時能有效固定CO2，而CAM途徑則常見於一些肉質植物中，這些植物能夠在乾旱環境中有效固定CO2。
生物體（如自養生物和異養生物）通過光合作用或化學合成的方式固定二氧化碳。光合作用利用光能，而化學合成則利用無機物的氧化能來固定二氧化碳。
除了生物途徑外，還有物理固定法，例如將CO2儲存於海洋、地下含水層等。化學固定法使用離子液體等溶劑吸收CO2，或將其轉變為無機碳酸鹽。
總之，二氧化碳固定是一個多途徑、多機制的過程，涉及生物體和物理化學方法，對於減緩全球氣候變化具有重要意義。