C₄植物は、白亜紀（およそ1億3500万年前から6500万年前）に初めて出現したといわれている。しばらくは細々と生育していたと見られるが、700万年前に著しく増加した。この時期は、大気中のCO₂濃度が著しく減少した時期と重なる。低CO₂濃度条件においては、C₃植物よりも光呼吸が少ないC₄植物のほうが生育に有利である場合が多い。こうした事情を踏まえて、C₄植物は低CO₂に適応して進化したという説もある。また、前述のようにC₄植物は水利用効率がよいので、乾燥に対する適応で進化したと考える説もある。ところで、C₄植物は多元的に進化していることが知られている。すなわち、進化の起源が複数ある。単子葉植物と双子葉植物の両方にC₄植物が見られることから、両者が分かれる前に、被子植物にはC₄植物に特異的な一連の遺伝子群が備わっていたと考えられる。つまり、C₃植物ではその遺伝子群の発現のスイッチがオフになっており、C₄植物ではオンになっていると考えることができる。実際にC₃植物のイネなどでは、C₄経路では働くがC₃植物の光合成には関与しないPEPC、PPDKなどの遺伝子の存在が確認されている。
C₄植物の葉の横断面を観察すると、維管束の周りを取り囲むように維管束鞘細胞が配列し、その周りを葉肉細胞が取り囲んでいる様子が認められる。これはまるで花環のように見えるので、クランツ構造（Kranz：ドイツ語で花環の意味）と呼ばれている。C₃植物ではこのようなクランツ構造は認められない。C₃植物の葉緑体は葉肉細胞では発達しているが、維管束鞘細胞ではあまり発達しない。しかし、C₄植物では維管束鞘細胞にも発達した葉緑体が存在するのが特徴である。
PCK型ともいう。ギニアグラス、ローズグラス、ニクキビなどがこのタイプに含まれる。PEP-CK型は脱炭酸酵素にホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼが使われている。PEP-CK型のCO₂濃縮機構は非常に複雑である。また、現在考えられている機構においても、葉肉細胞と維管束鞘細胞との間でアミノ基のバランスが取れないなどの矛盾が指摘されており、まだ完全に解明されているとはいえない。
キビ、シコクビエなどがこのタイプに含まれる。NAD-ME型はまず葉肉細胞で、取り込んだCO₂を水和させHCO₃⁻ にし、PEPCを用いてPEPをオキサロ酢酸にする。オキサロ酢酸にアミノ基が付加しアスパラギン酸となり、濃度勾配に従って原形質連絡を経由し、維管束鞘細胞へと移行する。維管束鞘細胞においてアスパラギン酸はミトコンドリアに取り込まれ、脱アミノ反応によって再びオキサロ酢酸となる。オキサロ酢酸はNADHによってリンゴ酸へと還元され、リンゴ酸はNAD-ME（NAD-リンゴ酸酵素）によって脱炭酸反応が起き、NADHとピルビン酸とCO₂を生成する。CO₂は拡散によって、密接して並ぶ葉緑体へ移行しカルビン・ベンソン回路で再固定される。ピルビン酸は細胞質基質へ放出され、アミノ基が付加されてアラニンになる。アラニンは濃度勾配に従って原形質連絡を経由し、葉肉細胞へと移行する。葉肉細胞においてアラニンは再び脱アミノ化されてピルビン酸に戻り、葉緑体へ取り込まれる。この後はNADP-ME型と同様に、2分子分のATPエネルギーを使ってPEPへと戻る。NAD-ME型においても1分子のCO₂濃縮には2分子分のATPが必要である。
C₄経路には大きく分けて3種類あり、これらのうちどの経路が主なCO₂濃縮機構であるかによって、C₄植物は3つのサブタイプに分類される。どのサブタイプも、葉肉細胞でホスホエノールピルビン酸（PEP）にCO₂（真の基質はHCO₃⁻）を固定しオキサロ酢酸（炭素数4）を生成し、その後さまざまな物質に変換され、維管束鞘細胞で脱炭酸酵素によってCO₂が再放出され、カルビン・ベンソン回路に取り込まれる。以下の3つのサブタイプの名称は、維管束鞘細胞でCO₂を再放出する際（脱炭酸）に働く酵素名によって付けられている。なお、MEはリンゴ酸酵素(malic enzyme)の略である。
クラスサイズがとても小さく、学生と教授の比率が10:1なため、教授と学生の関係が良いことが強みである。ほとんどの入門クラスは24人以下、多くても30人以下で構成されており、上級クラスになると10人以下のクラスも多い。ディスカッションベースのクラスがほとんどである。また、教授の99％は博士号を取得しており、多くが、全米トップの賞をとっている。アイビーリーグで教鞭をとったことのある教授も数多くいる。教授陣全員が、教育に力を入れており、オフィスアワーを設けるほか、オフィスアワー外予約も可能で、何時間でも相談に乗る体制を整えている。学生は、クラスについての相談だけでなく、日々の生活や取り組んでいる研究内容など、様々な分野で教授に相談を持ちかける。また、学期末に学生を家に招き、食事を共にしたり、徒歩5分に位置するスターバックスで週末にお茶をしたりする教授も多くいる。現在、インターナショナルスチューデント（留学生）は全体の8％を構成しており、彼らのサポートは手厚い。デポー大学は、留学生に対して多くの奨学金を出すことで有名である。受験プロセス中はInternational Liaison、1年生が始まる前の夏休みとオリエンテーション期間中、さらに最初の1年間は、International Student Ambassadorと、First-Year Mentorという、学内の厳正な選考を経て選ばれた学生たちが留学生をサポートする。さらに、留学生は、ホストファミリーやGlobal Partnerといったサポート体制も受けられる。Intercultural Life Officeは、International Student Service OfficeとMulticultural Student Service Officeの2部門に分かれており、すべての学生がサービスを受けられる。積極的にイベントを行う他、予約制で相談も可能である。