Termen ”fas” hänvisar till materiens tillstånd; det finns fasta, flytande och gasfaser. En heterogen katalysator är en deltagare i en kemisk reaktion som inte är en del av samma fas av materia som de faktiska reaktanterna. Till exempel kan vätskor genomgå reaktion i närvaro av en fast katalysator. Medan katalysatorn påskyndar processen för en reaktion, förblir den själv oanvänd av reaktanterna. Ädelmetaller eller andra övergångsmetaller används ofta som en heterogen katalysator och kan finfördelas för ökad ytexponering över ett substrat eller en bärare.
Det är den heterogena katalysatorn snarare än den homogena sorten som används mest industriellt. Den exponerade katalytiska ytan tillhandahåller platser för svag ytbindning av geometriskt inriktade reaktanter. Detta beteende är viktigt, som till exempel vid hydrering av kol-kol dubbelbindningar. Det är bra att överväga ett exempel som etylen, som har den kemiska strukturen H2C=CH2. När en etenmolekyl närmar sig en bit av den katalytiska ytan, adsorberas eller binds den av en nedre vänstra väteatom och en nedre höger väteatom – de övre vänstra och högra väteatomerna förblir fria.
En enkel vätemolekyl, H2 eller H‒H, kan sedan adderas över dubbelbindningen, ersättas av en enkelbindning, och bilda en ”mättad” etan eller H3C‒CH3. Det finns dock två sätt väteatomerna kan addera över dubbelbindningen. Antingen kan båda lägga till under dubbelbindningen, eller så kan den ena lägga till under, medan den andra lägger till ovanför dubbelbindningen på andra sidan. Addition av båda väteatomerna till ena sidan av en dubbelbindning kallas ”cis-addition”, medan att lägga till den ena på den ena sidan och den andra till den andra kallas ”transaddition”. Utan tvivel kommer uttrycket ”trans-fett” – som används för att beskriva ett omättat fett som har hydrerats genom trans-addition – att vara bekant för läsaren.
Katalysatorer tar upp hastigheten på reaktionerna de används för eftersom reaktionsvägen förändras av deras närvaro. Detta ändrar övergångstillståndet och sänker den aktiveringsenergi som krävs för att utföra reaktionen. En fördel med en sådan reaktion utförd med en heterogen katalysator är att katalysatorn är lätt att återvinna. Heterogena katalysatorer är särskilt väl lämpade för kemiska reaktioner i kontinuerliga processer, där material tillhandahålls, reageras, avlägsnas och ersätts kontinuerligt. Ett exempel på en sådan heterogen katalysatorprocess från petroleumindustrin är användningen av pelletiserat katalytiskt material i den så kallade ”moving bed”-processen.