碳4植物是指在進行光合作用時，固定二氧化碳形成的第一個產物含有4個碳原子的植物，這類植物對水的利用率較高，適應高溫、乾燥氣候，如玉米、甘蔗、高粱等。
碳4植物相比碳3植物，具有更高的光合作用效率、更強的抗旱能力和生存能力，其農作物也具有更高的產量。典型的碳3植物有水稻、小麥、菸草、大豆等，而典型的碳4植物有玉米、高粱、甘蔗等。
此外，碳4植物的光合作用特點是在二氧化碳同化的基礎上增加了一個四碳雙羧酸循環，這個循環像一個二氧化碳泵，使Rubisco羧化部位的二氧化碳濃度比碳3植物的高很多，從而減少光呼吸，因此碳4植物在強光下具有比碳3植物更高的光合效率。有些耐乾旱的植物如景天、仙人掌等的光合碳同化過程與碳4植物類似，可以避免白天強烈的水分蒸騰，更有利於植物在乾旱環境中生存。