人体许多代谢的生化过程中，叶酸起着重要的作用。叶酸对氨基酸、嘧啶和嘌呤代谢中极重要的单碳转递起着关键性作用，对核蛋白的合成起辅酶作用，对嘌呤环中碳2及8的合成，叶酸都是不可缺少的。

单谷氨酸叶酸中的喋酰基可在二氢叶酸还原酶的催化作用下变成7，8-二氢叶酸(FH₂)，再进一步还原成5，6，7，8-四氢叶酸(FH₂)。许多细胞内的酶反应，必须有FH₄参与。含有4氨组的叶酸类似物(氨甲喋呤)对FH₂还原酶有强烈抑制作用，影响FH₂及FH₄的合成作用，产生细胞毒作用，因此可被利用为抗癌(包括抗白血病)药物。

FH₄的喋啶部分可与多种单碳碎片结合，这些碎片参与体内许多生化过程，特别如嘌呤、嘧啶及DNA的合成。在脱氧尿嘧啶核苷酸(dUMP)的甲基化成为脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP )的过程中就需要FH₄传递单碳基。如因叶酸或维生素B₁₂缺乏，dTMP的合成受到限制，即可导致DNA合成障碍，而产生巨幼细胞贫血。在DNA合成过程中，半胱氨酸转变为蛋硫氨酸，需要维生素B₁₂和叶酸的辅酶作用。

叶酸对组氨酸的代谢也很重要。FH₄缺乏时能引起亚胺甲基谷氨酸(FIGLU)的积聚。亚胺甲基谷氨酸是组氨酸的代谢产物，需要FH₄将它转变为谷氨酸。正常人尿内含有极少量或不含亚胺甲基谷氨酸。当叶酸缺乏时，尿内亚胺甲基谷氨酸的排泄量增多，但并不引起症状，此可以作为叶酸缺乏的佐证。