Un catalyseur hétérogène est généralement un catalyseur à l'état solide alors que la phase réactive est soit une solution, soit un gaz. Ce type de catalyse est extrêmement important pour l'industrie.
Les réactifs se fixent sur la surface du catalyseur (souvent par des liaisons non covalentes ou par adsorption) ; les nouveaux liens ainsi créés affaiblissent certaines liaisons internes aux molécules de réactifs, ce qui les rend plus réactives.
Un paramètre important de ce type de catalyseur est la surface spécifique : en effet, comme la réaction a lieu à la surface du catalyseur, on a intérêt à avoir la plus grande surface possible, et pour le moins de matière possible, afin de réduire le coût.
Les catalyseurs sont en effet en général très chers. Pour réduire encore la quantité utilisée, ils sont souvent déposés en fine couche sur des grains de poudre, par exemple d'alumine ; ainsi, le substrat donne la résistance mécanique tout en évitant d'avoir des grains entièrement faits de matériau catalytique.