Calvin vymyslel dômyselne jednoduchý spôsob, ako zistiť. Zelená riasa Chlorella bola pestovaná v okrúhle, ploché, naplnené vodou "lízatko banky" vystavené svetlu. Calvin zavedený oxid uhličitý, ktorý obsahuje uhlík 14 do banky. Vzhľadom k tomu, chlorella vykonáva svoje životných procesov, trvalo v rádioaktívne uhlík 14, a začleniť ju do sacharidov ho vyrobili. Izotop sa správal ako stopovacie látka, čo umožňuje Calvina mapovať cestu uhlíka v priebehu celého procesu. Pozdĺž cesty, Calvin zhromažďujú a analyzujú rastlín extrakcie. Aj keď predpoklad výskumu bolo jednoduché, analytické nástroje, ktoré on používal boli moderné a súčasťou papiera chromatografie a radioautography. Strávil 10 rokov presne určiť reakcie a zlúčeniny a identifikoval 11 medziproduktov vo všetkých.
Potom, čo vyhral Nobelovu cenu v roku 1961, Calvin používajú rádioaktívne izotopy kyslíka sledovať cestu kyslíka počas fotosyntézy. V roku 1963, Calvin bol menovaný profesorom molekulárnej biológie. O osem rokov neskôr bol menovaný univerzitným profesorom chémie. Od roku 1960 do roku 1980 pôsobil ako riaditeľ laboratória chemických biodynamiky v Berkeley, zariadenie založil k predmetom výskumu, ako je konverzia solárna energia, chémiu mozgu a vzniku života na Zemi. On dohliadal na konštrukciu laboratórne budovy, ktorá bola postavená v kruhu podporovať myšlienku otvorenej laboratória. Po jeho odchode do dôchodku v roku 1980, zariadenie bolo premenoval Melvin Calvin laboratórium. V roku 1967, Calvin dostal súčasne menovanie námestník riaditeľa Lawrence Berkeley Laboratory.
V roku 1955, Calvin zúčastnil medzinárodnej konferencie o mierovom využívaní atómovej energie v Ženeve vo Švajčiarsku. On tiež slúžil na výbory, pokiaľ ide o molekulárnu biofyziky, biochémie, vedy a verejného poriadku, a bol poradcom do Národného úradu pre letectvo a kozmonautiku (NASA). Dokonca aj po odchode do dôchodku, Calvin pokračoval výskum v oblastiach, ako je chemická karcinogenéze a organické geochemie. Napísal približne 500 prác a článkov a napísal alebo cowrote mnoho kníh, vrátane cesty uhlíka v fotosyntéza (1957).
Okrem dostane Nobelovu cenu, Calvin bol zvolený do Royal Society (1959) a obdržal Davy medailu kráľo
