生物脫氮需要完成硝化和反硝化兩個過程。廢水中的氨氮首先必須被硝化或轉化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，然后在反硝化過程中，硝酸鹽將被作為細胞呼吸過程中氧化簡單碳化合物的供氧體被還原成氮氣。因此，以去除硝酸鹽為目標的反硝化過程必須要有易生物降解的碳源存在。其來源包括進水中溶解性BOD、內源反硝化過程中細胞的腐爛物和各類上清液回流等。當進水溶解性有機物不足而脫氮要求很高時，則需要通過補充化學物質以提供反硝化過程所需要的碳源。
反硝化所用的人工碳源有甲醇、乙醇、變性乙醇、醋酸及醋酸鈉等純化學藥劑，或者是工業生產過程中的廢糖、糖蜜和廢醋酸溶液等。
對于常規的生物脫氮工藝，應直接投加在缺氧段，并通過缺氧段內的攪拌器與進水及混合液充分混合，需防止水流劇烈紊流導致從液相中揮發至空氣，也應防止因多余的氧氣存在造成部分碳源被細菌好氧呼吸消耗。如果污水廠采用四階段或五階段活性污泥工藝，在后續的缺氧段(第二缺氧段)投加碳源可以獲得比內源呼吸更高的反硝化速率，能進一步去除硝酸鹽;對于三級反硝化系統，如反硝化濾池、反硝化好氧生物濾池等，則補充碳源對于系統的運行非常重要。因為反硝化過程在主體曝氣工藝的下游，進水中的所有溶解性BOD都已經被去除，所以碳源通常投加于反硝化進水中。