在污水處理方面的作用調節污水碳氮比（C/N）促進脫氮反應：在生化法脫氮工藝中，污水中的C/N比對于總氮去除效率影響很大。當C/N比不合適（通常是C/N過小，即碳源不足）時，添加碳源能重新將C/N調整到合適范圍，對于提高生化處理系統中反硝化菌的活性、進而污水的脫氮效率至關重要。因為反硝化菌需要以碳源作為底物來進行反硝化作用，將硝酸鹽氮還原為氮氣逸出水體從而去除總氮。不同的碳源對反硝化效率影響也有所不同，如甲醇作為外碳源用于污水處理時，當甲醇充足時，反硝化速率較快；乙酸鈉由于是小分子有機酸鹽，反硝化菌易于利用，在合適的碳氮比（比如碳氮比4.6時）下能達到穩定的脫氮效果；生物質碳源因為主要組分易于被微生物利用，也有助于污水的脫氮過程。提高污泥活性、同城處理效果：碳源可以維持和提高污泥活性，進而整個污水處理系統對污水中各類污染物的去除效果。例如在活性污泥法處理污水過程中，污泥中含有大量的微生物，這些微生物需要碳源來生長和繁殖，如果污水中的碳源不足，污泥中的微生物活性降低，分解污染物的能力相應下降，而補充合適的碳源能夠恢復甚至提高污泥對污染物的去除能力，使污水的處理更加，像是在去除污水中的有機物、磷元素等方面都會有正向影響。

碳源是微生物生長繁殖所必需的營養物質。微生物如同生物處理系統中的“工作者”，而碳源就像是它們的“食物”。在生物處理反應器中，微生物需要利用碳源來維持自身的生命活動，進行自我增殖。例如，在傳統的污水處理工藝中，微生物通過攝取碳源中的碳元素構建細胞物質，進而繁殖出更多的微生物個體，形成活性污泥的一部分，幫助降解污水中的有害物質，提高系統處理污水的能力。污水中含有大量如脂肪、當地蛋白質、本地碳水化合物、同城有機酸等的有機污染物。碳源可促進微生物生長，而微生物通過其代謝作用將這些復雜性有機物逐步降解轉化為二氧化碳和水等較為無害的物質，從而達到去除污水中有機物、當地凈化污水的目的。與此同時，有機物質的降解會產生氫離子，如果pH值過低則對微生物生長和代謝產生不利作用，不過碳源在這一過程中可以起到一定的調節pH值的作用，避免該問題的惡化，保障微生物降解污染物的能力不被削弱。