Katalizatory są różnorodne, podzielone według stanu na katalizatory ciekłe i katalizatory stałe; przez fazę układu reakcyjnego na katalizatory homogeniczne i katalizatory heterogeniczne. Homogeniczne katalizatory obejmują kwas, zasadę, rozpuszczalny związek metalu przejściowego i katalizatory nadtlenkowe. Katalizatory heterogeniczne obejmują katalizatory w postaci stałego kwasu, katalizatory na bazie zasad organicznych, katalizatory metaliczne, katalizatory z tlenku metalu, katalizatory złożone, katalizatory ziem rzadkich, katalizatory z sitami molekularnymi, biokatalizatory i nanokatalizatory. Są one również klasyfikowane według rodzaju reakcji na katalizatory polimeryzacji, kondensacji, estryfikacji, acetalizacji, uwodornienia, odwodornienia, utleniania, redukcji, alkilowania i izomeryzacji; oraz ich skuteczność w głównych katalizatorach i ko-katalizatorach.
Reakcję, w której katalizator i reagenty występują w tej samej fazie bez granicy faz, nazywa się katalizą jednorodną. Katalizatory, które mogą przeprowadzać katalizę jednorodną, nazywane są katalizatorami homogenicznymi. Do homogenicznych katalizatorów zaliczają się ciekłe katalizatory kwasowe i zasadowe, stałe katalizatory kwasowe i zasadowe oraz rozpuszczalne związki metali przejściowych (sole i kompleksy). Katalizatory homogeniczne działają niezależnie na poziomie molekularnym lub jonowym, posiadają jednolite centra aktywne, charakteryzują się dużą aktywnością i dużą selektywnością.
