合成氨催化剂主要有铁铬系催化剂、铜锌系催化剂、钴钼系催化剂、甲烷化催化剂、铁催化剂。

由氧化铁、氧化铬的混合物组成，又称高（中）温变换催化剂，其中氧化铬的含量通常不超过8%。活性组分为四氧化三铁，开工时需用氢气或一氧化碳将三氧化二铁还原成四氧化三铁。采用此催化剂在350～500℃可把气体中一氧化碳浓度降到3%（体积分数）以下，如要进一步降低，需在较低反应温度下完成。高（中）温变换催化剂主要采取沉淀法生产，此法又可分为混合法、共沉淀法和混合沉淀法。

由铜、锌、铝（或铬）的氧化物组成。又称低温变换催化剂。活性组分为铜，开工时先用氢气将氧化铜还原，由于还原时放出大量反应热，操作中必须严格控制氢气浓度，以防催化剂烧结。采用此催化剂在180～260℃可把气体中一氧化碳浓度降到0.3%（体积分数）以下。低温变换催化剂采用混沉法制备，由于铜的加入方式不同，又可分为硝酸法和络合法两类。

高、低温变换催化剂耐硫性能差，其中硫化氢对变换催化剂是常见的有害毒物。对于高温变换催化剂，活性组分被硫毒化的反应式为：

对于低温变换催化剂，活性组分被硫毒化的反应式为：

硫对低温变换催化剂特别敏感，而且其中毒是属于永久性中毒。因此，在一氧化碳低温变换前，原料气必须经过精细脱硫，使总硫含量脱除到1毫克/米³以下。

20世纪50年代后期开发的一种耐硫变换催化剂，主要成分为钴、钼氧化物。活性温度不同，有的只适用于高温变换，也有适于高、低温变换的。因活性组分为钼的硫化物，故开工时需先进行硫化处理。钴钼系催化剂具有较宽的活性温区（160～500℃），具有耐硫无上限，强度高、活性高，抗毒物能力强等特点。主要是添加钾、钛、锆等助剂, 开发新载体以提高其耐硫、抗氧及抗水合能力。

甲烷催化剂主要有两类。①非耐硫镍基催化剂，但对硫化氢易中毒失活，要求合成气中硫含量小于0.1毫克/米³。②耐硫催化剂为钼-镍基，活性组分为硫化钼，不仅有好的耐硫性能，还有较高的加氢活性，有利于一氧化碳转化率和提高甲烷选择性。

氨合成采用添加有助催化剂的铁催化剂。助催化剂成分有氧化钾、 氧化铝、 氧化镁、氧化钙、氧化钴等。开工前铁催化剂组成（FeO·Fe₂O₃）可看作四氧化三铁，其中Fe²⁺/Fe³⁺通常约为0.5（原子比），他对氨合成反应没有催化作用，开工操作时需用氢气将它还原成金属铁才有活性。

不同还原条件下得到的催化活性有很大差异。正常生产时，铁催化剂常因氮氢混合气中含有少量硫化合物、碳的氧化物等气体而降低活性，通常规定一氧化碳和二氧化碳不超过10毫克/米³（体积分数）。铁催化剂的寿命与其制造质量、使用条件有密切关系，短的1～2年，长的可达8～9年。