mały|420px|Zdjęcia Halothiobacillus neapolitanus wykonane mikroskopem elektronowym. A – zdjęcie komórki zawierającej karboksysomy. B – wyizolowane karboksysomy. Pasek skali ma długość 100 nm. Karboksysomy – struktury występujące u niektórych bakterii wiążących dwutlenek węgla (), przeprowadzających fotosyntezę lub chemosyntezę. Wewnątrz struktur znajdują się enzymy odpowiedzialne za asymilację węgla. Do struktur tych aktywnie transportowane są jony wodorowęglanowe (), które następnie ulegają przekształceniu do przez obecną w karboksysomach anhydrazę węglanową, w efekcie dochodzi do lokalnego wzrostu stężenia i zwiększenia wydajności reakcji karboksylacji przeprowadzanej przez enzym Rubisco. Reakcja karboksylacji jest reakcją ograniczającą zachodzenie cyklu Calvina. Karboksysomy mają kształt wielościanów o średnicy od 80 do 140 nm i zbudowane są z białka.
Struktury zostały znalezione u wszystkich sinic i wielu bakterii chemosyntetyzujących, u których dochodzi do asymilacji węgla.
Białka tworzące karboksysomy należą do szerszej grupy białek tworzących mikrokompartamenty o różnych funkcjach, lecz zbliżonej strukturze opartej na dwóch rodzinach białek budujących otoczkę.