Pojam “faza” odnosi se na stanje materije; postoje čvrsta, tekuća i plinovita faza. Heterogeni katalizator je sudionik u kemijskoj reakciji koja nije dio iste faze materije kao stvarni reaktanti. Na primjer, tekućine mogu proći reakciju u prisutnosti čvrstog katalizatora. Dok katalizator ubrzava proces reakcije, on sam ostaje nepotrošen od strane reaktanata. Plemeniti ili drugi prijelazni metali često se koriste kao heterogeni katalizator i mogu se fino usitniti za povećanu površinsku izloženost preko supstrata ili nosača.
To je heterogeni katalizator, a ne homogena sorta koja se najviše koristi u industriji. Izložena katalitička površina osigurava mjesta za slabu površinsku vezu geometrijski poravnatih reaktanata. Ovo ponašanje je važno, kao, na primjer, hidrogenacija dvostrukih veza ugljik-ugljik. Dobro je uzeti u obzir primjer kao što je etilen, koji ima kemijsku strukturu H2C=CH2. Kako se jedna molekula etilena približava dijelu katalitičke površine, ona se adsorbira ili se veže za donji lijevi atom vodika i donji desni atom vodika – gornji lijevi i desni atom vodika ostaju slobodni.
Pojedinačna molekula vodika, H2 ili H‒H, može se zatim dodati preko dvostruke veze i zamijeniti jednostrukom vezom, tvoreći “zasićeni” etan ili H3C-CH3. Međutim, postoje dva načina na koja se atomi vodika mogu dodati preko dvostruke veze. Ili oboje mogu dodati odozdo dvostruku vezu, ili jedan može dodati ispod, dok drugi dodaje dvostruku vezu iznad s druge strane. Dodavanje oba atoma vodika na jednu stranu dvostruke veze naziva se “cis-adicija”, dok se dodavanje jednog na jednu, a drugog na drugu stranu naziva “trans-adicija”. Bez sumnje, izraz “trans-mast” – koji se koristi za opisivanje nezasićene masti koja je hidrogenirana trans-dodatkom – bit će poznat čitatelju.
Katalizatori povećavaju brzinu reakcija za koje se koriste jer se njihovom prisutnošću mijenja put reakcije. To mijenja prijelazno stanje i smanjuje aktivacijsku energiju potrebnu za izvođenje reakcije. Jedna prednost takve reakcije koja se provodi s heterogenim katalizatorom je lakoća povrata katalizatora. Heterogeni katalizatori su posebno prikladni za kemijske reakcije kontinuiranog procesa, u kojima se materijal osigurava, reagira, uklanja i zamjenjuje, kontinuirano. Primjer takvog heterogenog procesa katalizatora iz naftne industrije je korištenje peletiziranog katalitičkog materijala u takozvanom procesu “pokretnog sloja”.