Syntéza serínu a glycínu začína oxidáciou 3-fosfoglycerátu za vzniku 3-fosfohydroxypyruvátu a NADH. Transaminačnou reakciou s kyselinou glutámovou vzniká 3-fosforín a odstránením Pi vzniká serín.
Serín je dôležitý v metabolizme, pretože sa podieľa na biosyntéze purínov a pyrimidínov, cysteínu, tryptofánu (u baktérií) a veľkého počtu ďalších metabolitov.
Keď je serín začlenený do štruktúry enzýmov, často zohráva dôležitú úlohu v ich katalytickej funkcii. Bolo preukázané, že sa vyskytuje v aktívnych miestach chymotrypsínu, trypsínu a mnohých ďalších enzýmov. Ukázalo sa, že takzvané nervové plyny a mnohé látky používané v insekticídoch pôsobia tak, že sa spájajú so zvyškom serínu v aktívnom mieste acetylcholínesterázy a úplne inhibujú enzým. Bez esterázovej aktivity, ktorá zvyčajne ničí acetylcholín hneď, ako vykoná svoju funkciu, sa nahromadia nebezpečne vysoké hladiny tohto neurotransmitera, čo rýchlo vedie ku kŕčom a smrti.
Ako zložka (zvyšok) proteínov môže jeho bočný reťazec podliehať O-viazanej glykozylácii. To môže byť dôležité pri vysvetľovaní niektorých ničivých následkov cukrovky. Je jedným z troch aminokyselinových zvyškov, ktoré sú bežne fosforylované kinázami počas bunkovej signalizácie u eukaryotov. Fosforylované zvyšky serínu sa často označujú ako fosfoserín. Serínové proteázy sú bežným typom proteáz.
D-serín, syntetizovaný serín racemázou z L-serínu, pôsobí ako neuronálna signálna molekula aktiváciou NMDA receptorov v mozgu.
Serín je tiež prekurzorom folátu, ktorý je hlavným darcom jedného uhlíkového fragmentu pre biosyntézu.