Katalizatory heterogeniczne, zwane także katalizatorami heterogenicznymi, stosuje się w reakcjach obejmujących różne fazy, co oznacza, że reagenty i katalizatory znajdują się w różnych stanach. Na przykład podczas produkcji margaryny stały nikiel (katalizator) może przekształcić nienasycony olej roślinny i wodór w tłuszcze nasycone. Stały nikiel jest katalizatorem heterogenicznym, a reagenty, które katalizuje, są płynne (olej roślinny) i gazowe (wodór). Prosta heterogeniczna reakcja katalityczna polega na adsorpcji reagentów (lub substratów) na powierzchni katalizatora, zerwaniu wiązań w obrębie reagentów, co prowadzi do powstania nowych wiązań oraz oderwaniu się produktów od miejsc reakcji ze względu na słabe wiązania między produktami a katalizatorem. Znanych jest wiele różnych struktur powierzchni katalizatorów związanych z adsorpcją i reakcją.
Biokatalizatory to związki organiczne (głównie białka, ale niewielka ilość RNA ma również funkcję biokatalityczną) wytwarzane przez rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy, dawniej znane jako enzymy. Kataliza enzymatyczna wykazuje również selektywność. Na przykład skrobia. Enzymy katalizują hydrolizę skrobi do dekstryny i maltozy, a proteazy katalizują hydrolizę białek do peptydów itp. Organizmy żywe wykorzystują enzymy do przyspieszania reakcji chemicznych zachodzących w ich organizmach. Bez enzymów wiele reakcji chemicznych przebiegałoby bardzo powoli, co utrudniałoby podtrzymanie życia. Enzymy działają optymalnie w temperaturze około 37 stopni (temperatura ciała człowieka). Jeśli temperatura przekracza 50 lub 60 stopni, enzymy ulegają zniszczeniu i przestają działać. Dlatego detergenty biologiczne wykorzystujące enzymy do usuwania plam z odzieży są najskuteczniejsze, gdy są stosowane w niskich temperaturach. Enzymy mają istotne zastosowanie w fizjologii, medycynie, rolnictwie i przemyśle. Obecnie zastosowanie preparatów enzymatycznych staje się coraz bardziej powszechne.
