Calvin sperat să facă lumină pe fotosinteză, un proces care oamenii de stiinta nu au înțeles în totalitate. Joseph Priestley a descoperit principiul de bază de plante folosesc energia de la lumina soarelui pentru a transforma dioxidul de carbon si apa in carbohidrati si oxigen în 1772. Prin anii 1940, care fotosinteza, oamenii de stiinta stiau condițiile necesare pentru fotosinteza pentru a lua loc și a produselor care au rezultat de la ea, dar reactiile intermediare în procesul de au fost in mare parte necunoscute.
Calvin a conceput o modalitate ingenios ușor pentru a afla. Chlorella alga verde a fost crescut într-un apartament, umplut cu apă "balon lollipop" rotund expus la lumina. Calvin introdus dioxid de carbon conținând carbon 14 în balon. Ca Chlorella efectuate procesele sale de viață, a luat în carbon radioactiv 14 și încorporate in carbohidrati se produse. Izotopul acționat ca un trasor, permițând Calvin a cartografia calea de carbon pe parcursul întregului proces. Pe drum, Calvin colectate și analizate extracții de plante. Deși premisa de cercetare a fost simplu, instrumente analitice el utilizate au fost avansate si a inclus cromatografie pe hârtie și autoradiografie. El a petrecut 10 ani de stabilire cu exactitate reacțiile și compușii și a identificat 11 de compuși intermediari, în toate.
După ce a câștigat Premiul Nobel în 1961, Calvin folosit izotopi radioactivi de oxigen pentru a urmări calea de oxigen in timpul fotosintezei. În 1963, Calvin a fost numit profesor de biologie moleculara. Opt ani mai târziu, el a fost numit profesor universitar de chimie. De la 1960-1980, el a lucrat ca director al Laboratorului de Biodinamica chimice la Berkeley, o facilitate a stabilit la subiecte de cercetare, cum ar fi conversia energiei solare, chimia creierului, și originea vieții pe pământ. El a supravegheat de construcție a clădirii de laborator, care a fost construit într-un cerc pentru a promova ideea unui laborator deschis. În urma retragerea sa în 1980, facilitatea a fost redenumit Calvin Laboratorul Melvin. În 1967, Calvin a primit o intalnire simultan ca director asociat al Laboratorului Berkeley Lawrence.
În 1955, Calvin a participat la Conferința in
