本申请提供了一种光合固碳反应系统，包括：反应器，用于容纳藻液，藻液包括培养液和藻株；光源，光源设置于反应器的一侧，以使反应器形成迎光区和背光区；雾化喷淋机构，设置于反应器的正上方，用于向反应器内喷淋培养液；循环机构，连通反应器和雾化喷淋机构；进气管，具有多个出气口，多个出气口与反应器连通，多个出气口用于在反应器内产生绕动气流以带动藻液循环交替流经迎光区和背光区。本申请的光合固碳反应系统可提升气液接触面积、加强CO₂溶解度，强化藻类的光合固碳效率；同时有效加强闪光效应，促进藻株光反应和暗反应的交替进行，大幅度提高CO₂的固留率。