光催化研究主要包括光催化二氧化碳还原制备碳氢化合物燃料（如甲烷、甲醇等）、光催化分解水制氢、光催化降解污染物等。光催化剂的材料几乎都是固体半导体，因此光催化又称半导体光催化。光催化的核心是光催化材料，光催化材料在光照射下自身不起变化，就像植物的光合作用中的叶绿素。光催化作用的原理是在一定波长光的照射下，半导体催化材料价带电子被激发跃迁到导带上，产生光生电子-空穴对，利用光生电子和空穴分别参加氧化还原反应从而实现太阳能向化学能的转换。已知光催化材料几乎涵盖了元素周期表中的s、p、d区及镧系元素。如:s区有钠、钾、锶等；p区有镓、铟、锗、铋等；d区有钛、铌、钴、锌等；镧系有镧、铈、钐等。复合使用、担载或掺杂以上材料能提高光催化材料的活性。光催化材料应用广泛，其中二氧化钛在太阳光或室内荧光灯照射下能抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、净化空气，为人们带来健康、清洁的环境。

自然界中最典型的光催化过程即为绿色植物的光合作用。其基本原理是：绿色植物、藻类和某些细菌在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用叶绿素等光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为葡萄糖、淀粉等有机物，并释放出氧气（或氢气），光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和。它是自然界赖以生存的基础，也是地球碳、氧循环的重要媒介。