生物脱氮需要完成硝化和反硝化两个过程。废水中的氨氮首先必须被硝化或转化成亚硝酸盐和硝酸盐，然后在反硝化过程中，硝酸盐将被作为细胞呼吸过程中氧化简单碳化合物的供氧体被还原成氮气。因此，以去除硝酸盐为目标的反硝化过程必须要有易生物降解的碳源存在。其来源包括进水中溶解性BOD、内源反硝化过程中细胞的腐烂物和各类上清液回流等。当进水溶解性有机物不足而脱氮要求很高时，则需要通过补充化学物质以提供反硝化过程所需要的碳源。
反硝化所用的人工碳源有甲醇、乙醇、变性乙醇、醋酸及醋酸钠等纯化学药剂，或者是工业生产过程中的废糖、糖蜜和废醋酸溶液等。
对于常规的生物脱氮工艺，应直接投加在缺氧段，并通过缺氧段内的搅拌器与进水及混合液充分混合，需防止水流剧烈紊流导致从液相中挥发至空气，也应防止因多余的氧气存在造成部分碳源被细菌好氧呼吸消耗。如果污水厂采用四阶段或五阶段活性污泥工艺，在后续的缺氧段(第二缺氧段)投加碳源可以获得比内源呼吸更高的反硝化速率，能进一步去除硝酸盐;对于三级反硝化系统，如反硝化滤池、反硝化好氧生物滤池等，则补充碳源对于系统的运行非常重要。因为反硝化过程在主体曝气工艺的下游，进水中的所有溶解性BOD都已经被去除，所以碳源通常投加于反硝化进水中。