在生物脫氮過程中，涉及到氨化反應、硝化反應、反硝化反應三個階段，廢水中的氨氮首先必須被硝化菌硝化，轉化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，然后在反硝化菌的作用下發生反硝化作用，硝酸鹽將被作為細胞呼吸過程中氧化簡單碳水化合物的供氧體，被反硝化細菌還原為氮氣排入大氣中。
反硝化細菌可以分為自養反硝化細菌和異養反硝化細菌，其中大部分反硝化細菌為異養反硝化細菌，需要利用有機碳源進行反硝化。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，一般的比例是C:N=4:1-5:1之間，才能實現反硝化脫氮的作用。
那么當原污水中的碳源不足以支撐反硝化菌的消耗時，也就是反硝化過程中碳源供應不足時，就會使反硝化速度降低，這是因為當有機碳供應不足時，反硝化細菌就會利用自身的原生質進行內源反硝化作用，減少反硝化細菌的活性和數量，導致反硝化作用減弱甚至停止。
所以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。