用于微生物的繁殖与生长；微生物在污水的生物处理过程中至关重要，而碳源是微生物所需的营养来源。污水中本身可能含有一定量的有机物质，但在许多污水处理场景中，这些有机物质往往不能满足微生物快速繁殖和生长的需求。尤其是在污水处理系统的调试末期，需要对微生物进行培养、同城收集和驯化，这个时候微生物需要大量的碳源来保持快速增长。例如在新建的污水处理厂开始运营时，活性污泥的培养过程需要添加碳源。此外，在一些工业废水处理中，废水的成分可能比较特殊，其中的有机物可能很复杂或者浓度较低，无法为微生物提供足够的碳源，这时候人为投加碳源就显得非常必要。比如一些化工废水，可能含有大量的难降解有机物，但微生物可利用的碳源物质很少，此时投加合适的碳源，如甲醇、同城葡萄糖等，可以为微生物提供生长所需的能量和物质，促进微生物大量繁殖以及活性的，从而有效地开始对污水中的污染物进行分解代谢。

在污水处理方面的作用调节污水碳氮比（C/N）促进脱氮反应：在生化法脱氮工艺中，污水中的C/N比对于总氮去除效率影响很大。当C/N比不合适（通常是C/N过小，即碳源不足）时，添加碳源能重新将C/N调整到合适范围，对于提高生化处理系统中反硝化菌的活性、进而污水的脱氮效率至关重要。因为反硝化菌需要以碳源作为底物来进行反硝化作用，将硝酸盐氮还原为氮气逸出水体从而去除总氮。不同的碳源对反硝化效率影响也有所不同，如甲醇作为外碳源用于污水处理时，当甲醇充足时，反硝化速率较快；乙酸钠由于是小分子有机酸盐，反硝化菌易于利用，在合适的碳氮比（比如碳氮比4.6时）下能达到稳定的脱氮效果；生物质碳源因为主要组分易于被微生物利用，也有助于污水的脱氮过程。提高污泥活性、同城处理效果：碳源可以维持和提高污泥活性，进而整个污水处理系统对污水中各类污染物的去除效果。例如在活性污泥法处理污水过程中，污泥中含有大量的微生物，这些微生物需要碳源来生长和繁殖，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应下降，而补充合适的碳源能够恢复甚至提高污泥对污染物的去除能力，使污水的处理更加，像是在去除污水中的有机物、磷元素等方面都会有正向影响。