Calvin vymyslel důmyslně snadný způsob, jak zjistit. Zelená řasa Chlorella byla pěstována v kulaté, ploché, naplněné vodou "lízátko baňky" vystaveny světlu. Calvin zaveden oxid uhličitý, který obsahuje uhlík 14 do baňky. Vzhledem k tomu, chlorella provádí své životních procesů, trvalo v radioaktivní uhlík 14, a začlenit ji do sacharidů jej vyrobili. Izotop se choval jako stopovací látka, což umožňuje Calvina mapovat cestu uhlíku v průběhu celého procesu. Podél cesty, Calvin shromažďují a analyzují rostlin extrakce. I když předpoklad výzkumu bylo jednoduché, analytické nástroje, které on používal byly moderní a součástí papíru chromatografie a radioautography. Strávil 10 let přesně určit reakce a sloučeniny a identifikoval 11 meziproduktů ve všech.
Poté, co vyhrál Nobelovu cenu v roce 1961, Calvin používají radioaktivní izotopy kyslíku sledovat cestu kyslíku během fotosyntézy. V roce 1963, Calvin byl jmenován profesorem molekulární biologie. O osm let později byl jmenován univerzitním profesorem chemie. Od roku 1960 do roku 1980 působil jako ředitel laboratoře chemických biodynamika v Berkeley, zařízení založil k předmětům výzkumu, jako je konverze solární energie, chemii mozku a vzniku života na Zemi. On dohlížel na konstrukci laboratorní budovy, která byla postavena v kruhu podporovat myšlenku otevřené laboratoře. Po jeho odchodu do důchodu v roce 1980, zařízení bylo přejmenoval Melvin Calvin laboratoř. V roce 1967, Calvin obdržel současně jmenování náměstek ředitele Lawrence Berkeley Laboratory.
V roce 1955, Calvin zúčastnil mezinárodní konference o mírovém využití atomové energie v Ženevě ve Švýcarsku. On také sloužil na výbory, pokud jde o molekulární biofyziky, biochemie, vědy a veřejného pořádku, a byl poradcem do Národního úřadu pro letectví a kosmonautiku (NASA). Dokonce i po odchodu do důchodu, Calvin pokračoval výzkum v oblastech, jako je chemická karcinogenezí a organické geochemie. Napsal přibližně 500 prací a článků a napsal nebo cowrote mnoho knih, včetně cesty uhlíku v fotosyntéza (1957).
Kromě obdrží Nobelovu cenu, Calvin byl zvolen do Royal Society (1959) a obdržel Davy medaili královské společnosti Londýna (1964), Kněžské medaili Americké chemické společnosti (1978), zlatá medaile amerického institutu chemiků (
