微生物是污水处理的核心力量，它们能够分解污水中的有机物，将其转化为无害物质，以此实现水质净化。而碳源是微生物的能量来源，就像汽车需要汽油才能运行一样，微生物需要靠碳源来维持其生长速度和活性。不同种类的微生物因为自身所能产生的酶系不同，可利用的碳源也不同。例如在生物化学反应中，微生物可以利用碳源分解产生的化学能，用于自身生命活动中的代谢过程，这其中包括营养物质的摄取、当地细胞的分裂与繁殖、合成细胞内的各种复杂的生物分子如蛋白质、核酸等。这些生物分子构建了微生物细胞的基本结构，是微生物生存和行使功能的重要基础。除了作为能量供给者之外，碳源还为微生物提供了合成细胞成分的碳骨架。细胞中的各种有机化合物，如多糖、当地脂质、附近蛋白质和核酸等，都需要碳元素作为基本的构建单元，而碳源为这些过程提供了必要的碳元素原料，在物质合成方面起到了不可替代的作用。例如，葡萄糖作为一种常见的碳源，在微生物分解过程中，其中的碳元素可以参与到细胞内糖原的合成过程中，为微生物储存能量以备后续的需求。

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。