קטליזה מתייחסת לתופעה הכימית שבה זרז מאיץ או מאט תגובה כימית על ידי הורדת אנרגיית ההפעלה ושינוי מסלול התגובה. העיקרון שלו מבוסס על משוואת Arrhenius; הזרז מגביר את קצב התגובה על ידי השתתפות בתגובה, הורדת אנרגיית ההפעלה או שינוי הגורם הפרה-מעריכי. באופן ספציפי, ניתן לסווג אותו לקטליזה הומוגנית, קטליזה הטרוגנית, ביוקטליזה ואוטוקטליזה. קטליזה חומצית-בסיס היא סוג תגובה המשתמשת בחומצות ובסיסים כזרזים, והיא מחולקת לצורות הומוגניות והטרוגניות. הראשון כולל תגובות שלב נוזלי- כגון הידרציה קטליטית של אתילן וחומצה גופרתית לאתנול, בעוד שהאחרון מכסה תהליכים קטליטיים של שלב מוצק כמו פיצוח נפט.
בתחום הביוקטליזה, אסטרטגיית "סריקת ארבע- חומצות אמינו" משמשת לשיפור היעילות הקטליטית של האנזים. תיאוריית המסלול המולקולרי הגבולי מוצגת בתכנון של זרזי אטומים בודדים- לבניית זרזי הידרוגנציה עם פעילות גבוהה ויציבות גבוהה כאחד. בחומרי פוטו-קטליזה, פותח הטרוצומת כפול מסוג S- Bi7O9I3/Cd0.5Zn0.5S QDs/WO3- כדי להשיג פירוק מוחלט של פנול תחת תגובה מלאה של ספקטרום-. הטרוג'נקציות g-C3N4/BiOIO3 שעברו שינוי של נקודות קוונטיות{{14} בפחמן מציגות שיפורים משמעותיים בביצועים בתחום ההפחתה הפוטו-קטליטית של פחמן דו חמצני.
