Syntéza serinu a glycinu začíná oxidací 3-fosfoglycerátu za vzniku 3-fosfohydroxypyruvátu a NADH. Transfaminační reakcí s kyselinou glutamovou vzniká 3-fososerin a odstraněním Pi vzniká serin.
Serin je důležitý v metabolismu tím, že se podílí na biosyntéze purinů a pyrimidinů, cysteinu, tryptofanu (u bakterií) a velkého množství dalších metabolitů.
Je-li 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 mnoho látek používaných v insekticidech působí tak, že se kombinují se zbytkem serinu v aktivním místě acetylcholinesterázy, čímž enzym zcela inhibují. Bez esterázové aktivity, která obvykle zničí acetylcholin, jakmile splní svou funkci, se nebezpečně vysoká hladina tohoto neurotransmiteru hromadí, což rychle vede ke křečím a smrti.
Jako složka (zbytek) proteinů může jeho postranní řetězec projít glykosylací vázanou na O. To může být důležité při vysvětlování některých ničivých následků diabetu. Je to jeden ze tří aminokyselinových zbytků, které jsou běžně fosforylovány kinázami během buněčné signalizace u eukaryot. Fosforylované serinové zbytky jsou často označovány jako fosforin. Serinové proteázy jsou běžným typem proteázy.
D-serin, syntetizovaný serinovou racemázou z L-serinu, působí jako neuronální signalizační molekula aktivací NMDA receptorů v mozku.
Serin je také předchůdcem Folátu, který je hlavním donátorem jednoho uhlíkového fragmentu pro biosyntézu.