降低活化能
在催化反應過程中，至少必須有一種反應物分子與催化劑發生了某種形式的化學作用。由于催化劑的介入，化學反應改變了進行途徑，而新的反應途徑需要的活化能較低，這就是催化得以提高化學反應速率的原因。
例如，化學反應A+B→AB,所需活化能為E，在催化劑C參與下，反應按以下兩步進行： [1]
催化示意圖
A+C→AC，所需活化能為E1。
AC+B→AB+C，所需活化能為E2。
E1、E2都小于E （見圖）。催化劑C只是暫時介入了化學反應，反應結束后,催化劑C即行再生。
按阿倫尼烏斯方程k=Ae-E/RT(式中k為溫度T時的反應速度常數；A為指前因子，也稱為阿倫尼烏斯常數，單位與k相同；R為氣體常數，kJ/mol·K；T為熱力學溫度，K；E為活化能，kJ/mol)，以反應速率常數k表示的反應速率主要決定于反應活化能E，若催化使反應活化能降低ΔE，則反應速率即提高e-ΔE/RT倍。催化反應一般能降低活化能約41.82 kJ/mol，若反應在300K下進行，則反應速率可增加約1.7×10倍。
作用方式
催化劑與反應物分子怎樣發生化學作用，這與催化劑和反應物分子本身的性質有關。實驗證明：有機化合物的酸催化反應一般是通過正碳離子機理進行的；堿催化反應則是由OH、RO、RCOO等陰離子起催化作用，例如：
CH3COOC2H5+OH→CH3COOH+C2H5O
C2H5O+H2O→C2H5OH+OH
過渡金屬化合物催化劑在均相催化反應中的作用是絡合催化作用；醇鈉催化丁二烯聚合是通過自由基機理進行的，例如：
C4H6+NaR→R·+C4H6Na·
C4H6Na·+nC4H6→Na(C4H6)n+1
性能指標
①催化活性：催化劑參與了化學反應，降低了化學反應的活化能，大大加快了化學反應的速率。這說明催化劑具有催化活性。催化反應的速率是催化劑活性大小的衡量尺度。活性是評價催化劑好壞的最主要的指標。
②選擇性：一種催化劑只對某一類反應具有明顯的加速作用，對其他反應則加速作用甚小，甚至沒有加速作用。這一性能就是催化劑選擇性。催化劑的選擇性決定了催化作用的定向性。可通過選擇不同的催化劑來控制或改變化學反應的方向。
③壽命或穩定性：催化劑的穩定性以壽命表示。它包括熱穩定性、機械穩定性和抗毒穩定性。