光呼吸是伴随光合作用发生的吸收 O₂ 并释放 CO2 的过程， 由叶绿体、 过氧化体和线粒体三个细胞器协同完成。
Rubisco 是 C₃ 途径的关键酶， 具有羧化与加氧双重催化活性。 CO₂ /O₂ 比值影响其催化方向， 当 CO₂ 充分时， 催化羧化反应而固定 CO₂ ； 当 O₂ 分压增高时， 催化加氧反应， 而发生光呼吸代谢。
光呼吸是 C₃ 植物一个不可避免的生理过程， 植物在高光强和低 CO₂ 浓度时， 光呼吸释放的 CO₂ 进入 C₃ 循环而被再利用， 以维持光合碳还原循环的运转， 同时， 光呼吸反应中所需要的 ATP 来自叶绿体光合磷酸化， 在干旱和高光强下， 光呼吸也可以帮助消耗光反应产生的过剩 ATP 与还原力， 避免光抑制、 防止光合机构受损的一种保护机制。 因此， 光呼吸对保护光合机构免受强光的破坏具有一定的功能。