一种催化剂只能选择性地加速特定的反应，从而可能使化学反应朝着几个热力学可能的方向之一进行。催化剂与反应物处于同一相的称均相催化反应(Homogeneous Catalytic Reaction)，处于不同相者称异相催化反应（或多相催化反应）(Heterogeneous Catalytic Reaction)。由生物催化剂-酶参加的反应称酶催化反应(Enzymic Catalytic Reaction)。大部分工业反应是催化反应。生物体内的新陈代谢、营养和能量转换是酶催化反应过程。

相较于未催化的反应，同温度的催化反应拥有较低的活化能。催化剂可以借由结合反应物达到极化的效果，如酸催化剂之于羰基化合物的合成；催化剂也可产生非自然的反应中间物，如以四氧化锇催化烯烃的双羟基化中产生的锇酸盐酯；催化剂亦可造成反应物的裂解，如制氢时产生的单原子氢。