Homogén katalízisről akkor beszélünk, ha a katalizátor a reakcióeleggyel azonos (gáz- vagy leggyakrabban folyadék-) fázisban van jelen. A folyadékfázist bármely, a reakció hőmérsékletén folyadék állapotú anyag alkothatja. A leggyakrabban használt anyagok a szénhidrogének (pl. alkánok és aromások, l. 2.1.1–3. alfejezet), melyek tartalmazhatnak heteroatomokat (pl. alkoholok, éterek, savak, aminok és amidok, fluorokarbonok stb., l. 2.1.4–8. alfejezet), a víz és a különböző szerves vagy szervetlen sók, melyek szobahőmérsékleten folyékony állapotúak (ionos folyadékok). A folyadékfázisban működő rendszerekben a katalizátor oldott állapotú, aminek következtében a reakció lejátszódásához a kiindulási anyagoknak is oldott állapotban kell lenniük. Így, ha gáz halmazállapotú szubsztrátum is részt vesz a reakcióban, olyan mértékű érintkezést kell biztosítani a gáz- és a folyadékfázisok között, hogy a reakció sebességét az oldatban lejátszódó katalitikus reakció és ne a gáz halmazállapotú szubsztrátum gázfázisból a folyadékfázisba való átmenete határozza meg. Két nem vagy kevéssé elegyedő folyadék esetében kétfázisú katalízisről beszélünk, amikor az egyik a katalizátorfázis, a másik a termékfázis. A katalizátor olyan oldhatóságot biztosító csoportot vagy csoportokat kell hogy tartalmazzon, amelyek biztosítják, hogy a katalizátor jól oldódjék a katalizátorfázisban és nem vagy csekély mértékben oldódjék a termékfázisban, így az utóbbitól könnyen elválaszthatóvá váljék. Például a vízben működő katalizátorok karboxil-, alkohol- vagy szulfonsavcsoportokat tartalmazhatnak (l. 3.2.3. ábra). A folyadék- és gázfázis mellett még szuperkritikus fázisban lévő anyag, mint például szuperkritikus szén-dioxid is szerepelhet reakcióközeg gyanánt. A szuperkritikus állapotban a nyomás és a hőmérséklet is meghaladja a kritikus értéket, így az 1.5.1. ábrán a kritikus pont fölött és attól jobbra elhelyezkedő térrészbe eső paraméterek jellemzik. Egyrészt az anyag kondenzált állapotban van, mintha folyadék lenne, ugyanakkor a gáz tulajdonságait is mutatja, emiatt kiváló oldószer.