二氧化碳(CO2)是植物進行光合作用製造有機物質的重要原料。大氣中的CO2，通過植物的光合作用以有機碳的形態固定下來；同時，通過氧化過程，又將有機碳氧化，以CO2的形式不斷地釋放到大氣中去。熱帶森林每年每平方米面積上能固定1～2千克的CO2，中緯度農田則隻能固定0.2～0.4千克。海洋和森林是CO2的一個儲存庫，起著調節大氣中CO2含量的作用。大氣中CO2平均含量按容積比約占320ppm。地球上每年參與光合作用的CO2大約是大氣中CO2含量的5％。其中多數為海洋植物所利用，陸地植物次之。

　　年、日變化　CO2濃度的日變化受作物群體密度大小、光合作用與呼吸作用強弱，以及太陽輻射通量密度、風、溫度等的影響。一般空氣中 CO2濃度白天低夜間高。白天農田中的濃度可低到200ppm左右，夜間可達330ppm以上。白天，作物群體內CO2不足，靠與上層大氣之間進行湍流交換和吸收土壤中所釋放的CO2來補充。但是，通過擴散作用而進入農田作物層中的CO2的數量很少，在晴朗無風時農作物尤其感匱乏。CO2的濃度在一年中也有變化。夏季作物生長旺盛，CO2濃度逐漸下降，夏末達到最低值，作物收獲以後，濃度又逐漸回升，冬末春初達到最高值。

　　補償點和飽和點　CO2補償點是在輻射能得到滿足的條件下，作物光合作用所消耗的CO2與呼吸作用所釋放的CO2達到平衡時的CO2濃度。它在光強極低時，隨著光強的提高而降低，隨著溫度的提高而上升。CO2的濃度在補償點以上時，光合作用強度隨濃度的增高而加大。CO2飽和點是在輻射能得到滿足的條件下，光合作用的強度達到最大值時的CO2濃度。即CO2濃度超過飽和點以後，光合作用強度不再隨CO2濃度的增加而加大。CO2補償點和飽和點還與植物的種類有關，C3植物補償點高，飽和點低；C4植物補償點低，飽和點高。

　　來源　參與光合作用的CO2來自三方面：葉子周圍的空氣、根部的吸收的和葉內組織的呼吸放出的。CO2自大氣到達葉片光合作用的中心，須經過以下的擴散途徑：大氣→群體葉層→葉面→氣孔→細胞間隙→細胞表面→光合作用中心。CO2輸送的表達式如下：

式中Tc為 CO2的輸送量，[CO2]air是空氣中 CO2濃度，[CO2]chl為葉綠體中的CO2濃度，rα為空氣的阻抗，rS為氣孔阻抗，rm為葉內組織阻抗。

　　調節途徑　提高作物對CO2的吸收量，可采用增加空氣中的湍流交換、減少 CO2在空氣中的輸送阻抗、增施有機肥料、通過水分調節氣孔的張開度等方法。在密閉環境下施用CO2的方法，已開始用於農業生產，如在溫室中用幹冰、CO2充氣瓶以及燃燒丙烷、天然氣、煤油補充CO2等。