碳源在污水处理厂的使用主要分为提供微生物合成菌体繁殖的主要营养、反硝化的电子供体、生物除磷协助聚磷菌释放。也可以说碳源就是污水厂维持微生物生长最主要的原料之一。
污水处理生化系统需要满足一定的碳氮磷营养比，其中碳就是污水中的有机物，自然界中也存在很多不能被微生物所降解的有机污染物，在环保领域经常用BOD5和COD的比值来平均污水的可生化性，当BOD5/COD≥0.6评价为易降解有机物。BOD5/COD=0.2~0.4评价为含有难降解有机物，较难被生物处理。
BOD5/COD≤0.2评价为有机物可生化性差，难以被微生物所降解。BOD5/COD≤0.2的污水在处理中往往活性污泥存在负增长，不能维持系统持续处理有机物的生物量，此工况下，往往需要额外补充含碳元素并容易被微生物利用的碳源，作为微生物生长代谢细胞合成的能源。
应用中外补碳源通常分为三大种类：
(1) 糖原：葡萄糖、蔗糖、果糖等；
(2) 醇类：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等；
(3) 酸类：乙酸、乙酸钠、甲酸钠、乙酸钾、柠檬酸等；
去除水中总氮所用的生物脱氮方式（即反硝化），就是把水中硝酸盐中的氮还原转化成为氮气这一过程，反应过程的中间产物为NO2、NO、N2O，氢离子作为反硝化反应中的电子供体，电子供体则是污水中自带有机物或者外投碳源提供。