碳酸氫鹽(HCO-3)是人體pH緩沖系統（維持酸堿平衡）的重要組成部分。體內70%~75%的CO2轉化為碳酸（H2CO3），即HCO-3的共軛酸，可快速轉化為碳酸。

以碳酸為中心中間體，碳酸氫鹽與水、氫離子和二氧化碳一起形成了這種緩沖系統，該系統保持在揮發性平衡，以迅速抵抗酸性和堿性方向的pH變化.這對于保護中樞神經系統的組織尤其重要，其中任何一個方向的pH值變化超出正常范圍都可能是災難性的（見酸中毒或堿中毒）。

此外，碳酸氫鹽在消化系統中起著關鍵作用。在高酸性消化液完成對食物的消化后，它會提高胃的內部pH值。碳酸氫鹽還可以調節小腸的pH值。它響應激素分泌素從胰腺釋放，以中和從胃進入十二指腸的酸性食糜。

碳酸氫鹽是海水和大多數淡水中溶解的無機碳的主要形式。因此，它是碳循環中的一個重要匯。

在淡水生態學中，淡水植物在日光下的強烈光合作用將氣態氧釋放到水中，同時產生碳酸氫根離子。這些使pH值向上移動，直到在某些情況下堿度對某些生物體有毒或可能使其他化學成分（如氨）有毒。在黑暗中，當沒有光合作用發生時，呼吸過程會釋放二氧化碳，不會產生新的碳酸氫根離子，導致pH值迅速下降。

最常見的碳酸氫根離子鹽是碳酸氫鈉，NaHCO3，也就是俗稱的小蘇打。當加熱或暴露于乙酸（醋）等酸時，碳酸氫鈉會釋放二氧化碳。這在烘焙中用作膨松劑。

被雨水中的碳酸風化的巖石中碳酸氫根離子的流動是碳循環的重要組成部分。

碳酸氫銨用于消化餅干制造。

在診斷醫學中，碳酸氫鹽的血值是體內酸堿生理狀態的幾個指標之一。它與二氧化碳、氯化物、鉀和鈉一起測量，以評估電解質面板測試中的電解質水平（其具有當前程序術語，CPT，代碼80051）。

參數標準碳酸氫鹽濃度(SBCe)是在PaCO2為40mmHg(5.33kPa)、全氧飽和度和36°C時血液中的碳酸氫鹽濃度。