根据微生物生长所需碳源的不同，反硝化细菌可以分为自养反硝化细菌和异养反硝化细菌，其中大部分反硝化细菌为异养反硝化细菌，它们需要利用有机碳源进行反硝化.。在反硝化过程中有机碳源主要用于异化硝酸盐还原、同化合成细胞、脱氮或转化成细胞贮藏碳源，同时异养反硝化细菌生长过程中也需要大量的有机碳源为其提供能量和营养物质.在生物反硝化过程中，碳源对反硝化过程中的脱氮能力与效率起着决定性作用。
其中，反硝化菌在缺氧的条件下以碳源为电子供体，硝态氮为电子受体，将亚硝酸氮和硝酸氮还原成氮气，从而达到去除氮污染物.当反硝化过程中碳源供应不足时，会使反硝化速度降低，这是因为当有机碳供应不足时反硝化细菌会利用自身的原生质进行内源反硝化，最终减少细菌的细胞质。
此外，在污水中常常伴有磷，磷的生物去除是通过聚磷菌完成的，聚磷菌会与反硝化菌争夺碳源，由此加剧原水碳源不足的矛盾，因此，投加外碳源是保证反硝化细菌正常生命活动，促进污水氮磷去除效果的有效手段。
因不同碳源分子结构各不相同，其作为外加碳源去除污水中氮磷的效果也有一定差异. 但在反硝化过程中，能够快速被生物降解、不会产生二次污染的碳源是反硝化过程中电子供体的最佳选择.目前主要研究的外加碳源有: 传统外加碳源(甲醇、乙醇，乙酸钠，葡萄糖) 、废弃物作为外加碳源、污泥作为外加碳源等。