光呼吸循環途徑是在葉綠體、過氧化物體和線粒體三個不同的細胞器中進行的，其代謝的總結果是兩分子的磷酸乙醇酸轉化成一分子的磷酸甘油酸和一分子的CO2。
綠色植物在光照下進行光合作用的同時，存在吸進氧氣釋放二氧化碳的現象。光呼吸的氧化底物是乙醇酸，乙醇酸產生于葉綠體。
葉綠體進行光合作用固定二氧化碳時，有RuBP羧化酶一加氧酶參與反應，此酶既可催化RuBP的羧化反應，也可催化RuBP的加氧反應，其反應方向決定于CO2和O2濃度的高低，在CO2濃度相對較高時，有利于羧化反應，形成二分子磷酸甘油酸，促進光合循環的進行；
當O2濃度相對較高時，促進加氧反應的進行，產生一分子磷酸甘油酸和一分子磷酸乙醇酸。后者脫磷酸而為乙醇酸，乙醇酸可就地直接氧化為乙醛酸，也可從葉綠體轉移至過氧物酶體并在其中氧化為乙醛酸；乙醛酸在過氧物酶體內轉化為甘氨酸；
甘氨酸轉入線粒體內并轉化為絲氨酸，同時釋放CO2，這是光呼吸的產物；
絲氨酸又可轉回過氧物酶體中轉變為羥基丙酮酸，經氧化為甘油酸；
甘油酸從過氧物酶體返回葉綠體后轉化為磷酸甘油酸，進入C3循環，再次形成RuBP。①RuBP羧化酶；②RuBP加氧酶；③磷酸乙醇酸磷酸酶；④焦磷酸二羥乙基硫胺氧化酶(非酶促反應)；⑤乙醇酸氧化酶；⑥過氧化氫酶；⑦谷氨酸一乙醛酸氨基轉移酶；⑧絲氨酸羥甲基轉移酶；⑨氨基轉移酶；⑩絲氨酸一乙醛酸；氨基轉移酶(11)NADH羥基丙酮酸還原酶；(13)甘油酸激酶；(13)3-磷酸甘油酸磷酶酸；(14)可能為非酶促反應，光、Mn促進反應的進行。氧化劑可能是H2O2。