Nålstarren är en indikator på rikare förhållanden i myrar – den förekommer regelbundet på rika och medelrika myrar, men saknas i de fattigaste kärren liksom i mossevegetation. Arten växer rätt torrt och i rikkärren är den typisk på låga tuvor eller i kanten av större tuvor av rostvitmossa Sphagnum fuscum. Den förekommer också på fasta mattor i myrarnas kantzoner och någon gång ute på artrika fuktigare kärrplan. Nålstarren finns också på små skogbevuxna källmyrar på bergssidor och någon gång på vitmossmattor kring skogskällor. Den kan även dyka upp vid grundvattenpåverkan i bäckkanter, som i Tuna Djupdalen och så även vid grundvattenutsläpp på havsstranden.
I rikområden kan man dessutom hitta nålstarr i slåtterängar kring utsipprande källvatten, t.ex. i Stöde Vigge, men är i denna biotop idag mycket sällsynt och försvinnande. Den har dock setts nykolonisera ett kalkpåverkat källdike längs E14 vid Lombäcken i Borgsjö.
Nålstarr är skildkönad och klonbildare och bestånd av enbart hanar kan lätt förbrylla.