通常の触媒プロセスでは困難な化学反応を常温で引き起こしたり、また化学物質の自由エネルギーを増加させる反応を起こす場合がある。天然の光触媒反応として光合成が挙げられるが、人工の化学物質を指すことが多い。英語で光触媒の作用は photocatalysis と呼ばれる。
代表的な光触媒活性物質として、二酸化チタン 酸化チタン (TiO2) が知られている。
酸化チタン光触媒が光を吸収すると大きく分けて2つの機能を発現する。
強い酸化作用
: この作用は他の物質にくらべて顕著であり、水を酸素と水素に分解するほどの酸化作用をもっている。このため本多・藤嶋の発見以来、酸化チタンを用いて水から水素を得ようとする工学的応用が研究されている。これは太陽の光エネルギーから、水素というクリーンエネルギーを生成することを意味し、夢のエネルギー循環サイクルといわれている。しかし現状では効率が低く（後述）、大規模な製品化には至っていない。
