Polttoaineen palaessa auton moottorissa vapautuu ilmaan hiilidioksidia (CO₂), häkää eli hiilimonoksidia CO, palamattomia hiilivetyjä (HC) sekä typen oksideja NO_x. Katalysaattorin tehtävä on muuttaa näitä aineita vähemmän haitalliseen muotoon. Häkä ja palamattomat hiilivedyt hapettuvat hiilidioksidiksi. Typen oksidit taas pelkistyvät typeksi. Katalysaattori vähentää haitallisten yhdisteiden määrää noin 80 %.

Virratessaan kennoston läpi pakokaasut käynnistävät oman lämpönsä ja jalometallien vaikutuksesta kemiallisia reaktioita, jotka puhdistavat pakokaasuja. Reaktiot riippuvat mm. pakokaasun lämpötilasta ja koostumuksesta. Katalysaattorissa tapahtuu pääasiassa seuraavanlaisia reaktiota:

1. Palamattomien hiilivetyjen hapetus hiilidioksidiksi ja vedeksi:
   
   H_nC_m  +  (m + n/4) O₂   ®  m CO₂  +  n/2 H₂O
   
   
2. Hiilimonoksidin hapetus hiilidioksidiksi:
   
   CO  +  1/2 O₂  ®  CO₂ 
   CO  +  H₂O ®  CO₂   +  H₂
   
   
3. Typpioksidin pelkistys typeksi:
   
   NO  +  CO  ®    N₂  +  CO₂
   NO  +  H₂  ®   N₂   +  H₂O
   2(m + n/4) NO  +  H_nC_m  ®   (m + n/4)  N₂  +  n/2 H₂O  +  m CO₂  

Katalysaattori on ruostumattomasta teräksestä valmistettu kotelo, jonka sisällä on keraamisesta aineesta valmistettu kennosto, jonka seinämien pinta-ala noin yksi hehtaari (10 000 m²). Kennosto on päällystetty ohuella kerroksella jalometalleja (platina Pt, rodium Rh tai palladium Pb). Yhteensä metalleja on noin 2 grammaa.

Katalysaattorin toiminta edellyttää tarkaa polttoaineen ja ilman seossuhdetta sekä riittävää lämpötilaa. Jotta seossuhde saadaan pysymään vakiona, käytetään polttoaineen suihkutusta ja seuraavanlaista järjestelmää.

Kuva. Auton katalysaattorijärjestelmä. (Lähde: Kauppinen: "Ilmansuojelu")

Moottorin ja katalysaattorin välissä sijaitsee polttoaineen ja ilman oikeaa seossuhdessa mittaava Lambda-anturi. Se välittää tiedon moottorin ohjausyksikölle, joka säätää polttoaineen seossuhteen oikeaksi. Kylmänä katalysaattorin puhdistusteho on heikko, mutta paranee normaalille tasolle muutamassa minuutissa katalysaattorin lämmetessä. Optimi toimintalämpötila katalysaattorille on noin 250 °C. Koska katalysaattori haittaa pakokaasujen virtausta lisää se hieman polttoaineen kulutusta ja vähentää moottorin tehoa. Nykyisellä moottoritekniikalla tämä on kuitenkin pieni ongelma. Sekä katalysaattori että lambda-anturi myrkyttyvät lyijystä ja tämän takia katalysaattoriautossa on ehdottomasti käytettävä lyijytöntä bensiiniä.

Kuva. Henkilöauton pakokaasupäästöt eri ajonopeuksilla ilman katalysaattoria ja katalysaattrorin kanssa. (Lähde: Kauppinen: "Ilmansuojelu")