Syntéza serinu a glycinu začíná oxidací 3-fosfoglycerátu za vzniku 3-fosfohydroxypyruvátu a NADH. Transaminační reakcí s kyselinou glutamovou vzniká 3-fosfoserin a odstraněním Pi vzniká serin.
Serin je důležitý v metabolismu, protože se podílí na biosyntéze purinů a pyrimidinů, cysteinu, tryptofanu (u bakterií) a velkého množství dalších metabolitů.
Pokud je serin začleněn do struktury enzymů, hraje často důležitou roli v jejich katalytické funkci. Bylo prokázáno, že se vyskytuje v aktivních místech chymotrypsinu, trypsinu a mnoha dalších enzymů. Bylo prokázáno, že takzvané nervové plyny a mnohé látky používané v insekticidech působí tak, že se spojují se zbytkem serinu v aktivním místě acetylcholinesterázy a zcela inhibují enzym. Bez esterázové aktivity, která obvykle acetylcholin ničí, jakmile vykoná svou funkci, se hromadí nebezpečně vysoké hladiny tohoto neurotransmiteru, což rychle vede ke křečím a smrti.
Jako součást (zbytek) proteinů může jeho postranní řetězec podléhat O-vázané glykosylaci. To může být důležité pro vysvětlení některých ničivých důsledků cukrovky. Je jedním ze tří aminokyselinových zbytků, které jsou běžně fosforylovány kinázami při buněčné signalizaci u eukaryot. Fosforylované zbytky serinu se často označují jako fosfoserin. Serinové proteázy jsou běžným typem proteáz.
D-serin, syntetizovaný serin racemázou z L-serinu, působí jako neuronální signální molekula aktivací NMDA receptorů v mozku.
Serin je také prekurzorem folátu, který je hlavním dárcem jednoho uhlíkového fragmentu pro biosyntézu.