一種催化劑只能選擇性地加速特定的反應，從而可能使化學反應朝著幾個熱力學可能的方向之一進行。催化劑與反應物處于同一相的稱均相催化反應(Homogeneous Catalytic Reaction)，處于不同相者稱異相催化反應（或多相催化反應）(Heterogeneous Catalytic Reaction)。由生物催化劑-酶參加的反應稱酶催化反應(Enzymic Catalytic Reaction)。大部分工業反應是催化反應。生物體內的新陳代謝、營養和能量轉換是酶催化反應過程。
相較于未催化的反應，同溫度的催化反應擁有較低的活化能。催化劑可以借由結合反應物達到極化的效果，如酸催化劑之于羰基化合物的合成；催化劑也可產生非自然的反應中間物，如以四氧化鋨催化烯烴的雙羥基化中產生的鋨酸鹽酯；催化劑亦可造成反應物的裂解，如制氫時產生的單原子氫。