本发明公开了一种内碳源定向调控于反硝化的方法及其反应器，该方法利用膜组件渗氧促使好氧微生物和厌氧微生物沿氧浓度递减方向依次附着于膜组件上形成生物膜组件，进水中的内碳源依次进入厌氧微生物所在区和好氧微生物所在区，并在厌氧微生物所在区进行反硝化过程。本发明减少内碳源在扩散过程中的消耗，利于让更多的内碳源进入到厌氧微生物所在区进行反硝化过程，实现内碳源定向用于反硝化过程，实现内碳源的充分利用，进而促进污水脱氮，减少污泥的排放。