Katalüüs viitab keemilisele nähtusele, kus katalüsaator kiirendab või aeglustab keemilist reaktsiooni, vähendades aktiveerimisenergiat ja muutes reaktsiooni rada. Selle põhimõte põhineb Arrheniuse võrrandil; katalüsaator suurendab reaktsiooni kiirust, osaledes reaktsioonis, alandades aktiveerimisenergiat või muutes pre-eksponentsiaalset tegurit. Täpsemalt võib selle liigitada homogeenseks katalüüsiks, heterogeenseks katalüüsiks, biokatalüüsiks ja autokatalüüsiks. Happe-aluseline katalüüs on reaktsioonitüüp, mis kasutab katalüsaatoritena happeid ja aluseid ning see jaguneb homogeenseteks ja heterogeenseteks vormideks. Esimene hõlmab vedela -faasi reaktsioone, nagu etüleeni ja väävelhappe katalüütilist hüdraatimist etanooliks, samas kui viimane hõlmab tahkefaasilisi katalüütilisi protsesse, nagu nafta krakkimine.
Biokatalüüsi valdkonnas kasutatakse ensüümi katalüütilise efektiivsuse parandamiseks nelja{0}}aminohappe skaneerimise strateegiat. Molekulaarorbitaalteooria piiril kasutatakse ühe aatomiga katalüsaatorite kavandamisel, et luua nii kõrge aktiivsusega kui ka kõrge stabiilsusega hüdrogeenimiskatalüsaatoreid. Fotokatalüüsi materjalides on välja töötatud topelt-S--tüüpi heteroliide Bi7O9I3/Cd0.5Zn0.5S QDs/WO3-x, et saavutada fenooli täielik lagunemine täieliku -spektervastuse korral. Süsinikkvantpunkt{14}}modifitseeritud g-C3N4/BiOIO3 heteroühendused näitavad süsinikdioksiidi fotokatalüütilise redutseerimise valdkonnas märkimisväärset jõudluse paranemist.
