根據微生物生長所需碳源的不同，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，它們需要利用有機碳源進行反硝化。在反硝化過程中有機碳源主要用于異化硝酸鹽還原、同化合成細胞、脫氮或轉化成細胞貯藏碳源，同時異養反硝化細菌生長過程中也需要大量的有機碳源為其提供能量和營養物質.在生物反硝化過程中，碳源對反硝化過程中的脫氮能力與效率起著決定性作用。
其中，反硝化菌在缺氧的條件下以碳源為電子供體，硝態氮為電子受體，將亞硝酸氮和硝酸氮還原成氮氣，從而達到去除氮污染物.當反硝化過程中碳源供應不足時，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會利用自身的原生質進行內源反硝化，最終減少細菌的細胞質.。
此外，在污水中常常伴有磷，磷的生物去除是通過聚磷菌完成的，聚磷菌會與反硝化菌爭奪碳源，由此加劇原水碳源不足的矛盾，因此，投加外碳源是保證反硝化細菌正常生命活動，促進污水氮磷去除效果的有效手段。
因不同碳源分子結構各不相同，其作為外加碳源去除污水中氮磷的效果也有一定差異. 但在反硝化過程中，能夠快速被生物降解、不會產生二次污染的碳源是反硝化過程中電子供體的最佳選擇.目前主要研究的外加碳源有: 傳統外加碳源( 甲醇、乙醇，乙酸鈉，葡萄糖) 、廢棄物作為外加碳源、污泥作為外加碳源等.
(1)傳統外加碳源、甲醇、乙醇、乙酸鈉、葡萄糖是傳統的外加碳源。
它們分子結構簡單，有利于微生物的吸收轉化，從而促進反硝化細菌的生長繁殖，有效的去除污水中的氮磷.以間歇式活性污泥法工藝作為主體工藝的污水處理廠曝氣階段活性污泥為研究對象，在PH值和溫度等參數保持不變的情況下，考察了甲醇、乙醇、乙酸鈉、葡萄糖等外加碳源的脫氮效果.。
結果現，以甲醇作為外加碳源時，當系統中CODcr/N比由1.1提高5.6，NO3-N幾乎沒有什么去除效果; 以乙醇作為外加碳源，CODcr/N為6.6時，反硝化速率很慢; 以乙酸鈉作為外加碳源，CODcr/N為5.8時，反硝化速度比較快; 以葡萄糖作為外加碳源，污泥不容易利用而且反硝化速率很低。
研究了乙酸鈉、葡萄糖、甲醇作為外加碳源對活性污泥脫氮能力的影響。
結果發現，投加碳源分別為50mg /L。100mg/L，200mg/L條件下，以乙酸鈉作為外加碳源，NO3-N去除率分別為68. 8% ，85.8%.100% ; 葡萄糖作為外加碳源，NO3-N去除率分別為47.3% ，64.3% ，76.2% 以甲醇作為外加碳源，因甲醇需要一定的馴化時間，在初期沒有效果. 因此，乙酸鈉是非常高效的外加碳源. 但對于每天要處理幾萬噸到幾十萬噸的污水處理廠來講，所需費用就十分可觀，因而迫切需要尋找更低成本的外加碳源。
(2) 廢棄物作為外加碳源.農業廢棄物是地球上可循環利用的最為豐富的有機物質，不僅成本低而且容易被生物降解，具有很好的開發前景。
以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻殼、花生殼、木屑6種廢棄物為研究對象，分析比較了這6種廢棄物含碳量以及各浸出物質成分，從而選出最佳的固體反硝化碳源.研究結果表明，這六種廢棄物的浸出液中沒有出現重金屬，具有很好的安全性。
其中，甘蔗渣的浸出液含碳量和碳釋放速度比其他材料的浸出液高. 玉米芯、稻草和稻殼持續提供碳源的能力很強.以玉米芯、稻草和稻殼為碳源和載體處理含硝酸鹽的廢水去除率可達到80%以上，但是以木屑為碳源和載體硝酸鹽的去除率很低.。
因此玉米芯、稻草和稻殼可以作為反硝化碳源.考察了棉花、稻草、稻殼、玉米芯這4種農業廢棄物作為外加碳源的情況，通過對其碳的釋放數量和長期脫氮的能力等進行分析比較，選出最佳的反硝化碳源。
結果表明，玉米芯有較多的可溶性物質，可以促進微生物的快速生長，與其它碳源相比能夠獲得更好的長期脫氮效果，每克玉米芯在46d總共去除了113.82g的硝態氮; 相比之下，棉花、稻草不如玉米芯的長期反硝化能力好，稻殼則不能被微生物有效利用，處理效果很差。
因此，玉米芯可以作為較好的外加碳源. 除了玉米芯、稻草和稻殼等農業廢棄物可作為有機碳源外，植物的落葉也具有很大的潛在經濟價值. 我國城市每年落葉數量巨大，其中梧桐樹葉含有大量有機酸，將其作為反硝化外加碳源，不僅可以去除廢水中的氮
考察了梧桐樹落葉的浸出液去除廢水中硝酸鹽的情況.梧桐樹葉中的有機酸在適當升高水溫的情況下，可以加快釋放速度，在最佳pH值條件下，梧桐樹葉在 12h內釋放出87%的有機酸.以梧桐樹葉浸出液作為外加碳源進行反硝化時，廢水中的硝酸鹽去除率為2.19mg/h，該速率低于甲醇和乙酸作為外加碳源時的脫氮速率，但是比以葡萄糖作為外加碳源時要高。
在該過程中，7.5mgCOD當量梧桐樹葉浸出液可以去除1mg/L硝酸鹽，并且最終沒有亞硝酸鹽積累.考察了香蒲枯葉作為外加碳源對反硝化進程的影響. 結果表明，香蒲枯葉層不僅為微生物的生長提供生長環境，而且還為進行反硝化作用的微生物提供溶解性有機碳源，因此將枯葉和基質分層填裝比混合填裝的反硝化速率要高.
(3) 污泥作為外加碳源.伴隨著城市污水處理廠的大量興建，剩余污泥產量迅速增加，如何回收利用污泥中的有用物質備受關注，其中剩余污泥破解液作為反硝化碳源研究比較普遍。
以剩余污泥堿解上清液作為反硝化外加碳源，確定了污泥堿解上清液的回用量.剩余污泥在堿解條件下發酵污泥9d，對其上清液中的揮發性有機酸( VFA) 和含氮化合物( N) 進行測定后發現在該條件下能獲得較好的VFA/N，隨著 VFA/N 的增加，反硝化速率迅增加，pH值的變化也與其一致，VFA/N = 2.47為分界點，當VFA/N比值繼續增加時，反硝化速率緩慢增長;
生物脫氮除磷外加碳源技術將上清液按一定比例加入生活污水與單純生活污水相比，反應時間一定的情況下，減少硝酸鹽減少量超過1倍，出水中所含的硝酸鹽濃度不超過5mg/L，因此污泥堿解發酵上清液可以作為外加碳源.則對比了剩余污泥堿解發酵上清液、乙酸鈉和生活污水三種碳源對反硝化過程的影響.
結果表明，在相似的VFAs/N和MLVSS情況下，剩余污泥堿解發酵上清液與乙酸鈉的反硝化曲線變化趨勢很相似，但剩余污泥堿解發酵上清液的平均反硝化速率比乙酸鈉低，其硝酸鹽去除率和乙酸鈉幾乎相同，均比生活污水高。
以不同VFAs/N的上清液作為外加碳源進行反硝化時，在反應的前6h內，均VFAs/N的增加，反硝化速率增加. 綜合考慮各種因素，VFAs/N在2～3之間反硝化效率高; 由于反硝化過程主要發生在前3h，后3h的反應效率很低，因此反硝化過程時間應控制在3h之內。
采用SBR反應器，對經過超聲波處理的污泥上清液作為反硝化碳源的可行性進行了研究，結果表明，當投加足量的經過超聲波處理的污泥上清液時，脫氮效果良好，硝酸鹽氮的去除率可達96%，亞硝酸鹽氮幾乎全部去除. 但是投加這種碳源會使整個系統增加額外的磷和氮，需要應用前置反硝化工藝和鳥糞石沉淀法對上清液進行預處理。