- 氮氣(N2)——空氣中有78%為氮氣，大部分氮氣在汽車發動機中都不會參與燃燒。
- 二氧化碳(CO2)——這是燃燒產物之一。燃油中的碳與空氣中的氧結合而成。
- 水蒸氣(H2O)——這是另一種燃燒產物。燃油中的氫與空氣中的氧結合，形成此化合物。
這些排放物基本上是無害的（盡管人們認為排放出的二氧化碳加劇了全球變暖）。不過，由于燃燒過程絕非完美，汽車發動機還產生了以下一些量比較少但卻更有害的排放物：
這是法律主要管制的三種排放物，也是催化轉化器用來減少的排放物
大多數現代汽車都配備有三元催化轉化器。“三元”指催化轉化器幫助減少的三種受管制排放物，即一氧化碳、VOC和NOx分子。轉化器使用兩種不同的催化劑：還原催化劑和氧化催化劑。這兩種類型的轉化器都由涂覆有金屬催化劑的陶瓷結構件組成，這些金屬催化劑通常是鉑、銠和/或鈀。轉化器結構的設計理念是要使廢氣流與催化劑的接觸面積達到最大，同時要使所需催化劑量達到最小，因為催化劑比較昂貴。
三元催化轉化器： 注意這兩種分開的催化劑。
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催化轉化器主要采用兩種結構——蜂窩結構和陶瓷微珠結構。目前，大多數汽車都采用蜂窩結構。
陶瓷制蜂窩狀催化劑結構
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還原催化劑
還原催化劑在催化轉化器的第一階段使用。在此階段，轉化器使用鉑和銠來幫助減少NOx排放物。當NO或NO2分子與催化劑接觸時，催化劑將氮原子從分子中分離出來并加以保留，同時以O2的形式釋放出氧。分離出來的氮原子與其他粘附在催化劑上的氮原子結合，形成N2。 例如：
2NO=N2+O2或2NO2=N2+2O2
氧化催化劑
氧化催化劑在催化轉化器的第二階段使用。 在此階段，在鉑和鈀催化劑的催化作用下燃燒（氧化）之前還未燃燒盡的碳氫化合物和一氧化碳，從而減少這些物質。 此催化劑的作用是促進廢氣中CO和碳氫化合物與剩余氧氣的反應。 例如：
2CO+O2=2CO2
但是，這里的氧氣從何而來？
控制系統
第三階段采用了控制系統來監測廢氣流，然后利用監測到的信息來控制燃油噴射系統。有一個氧傳感器安裝在催化轉化器的上游，也就是說它要比轉化器更靠近發動機。發動機的電腦可以通過此傳感器知道廢氣中的氧氣含量，然后通過調整空氣燃油比來提高或降低廢氣中的氧氣含量。于是發動機電腦通過這種控制方案，可以確保發動機以接近化學計量點的空氣燃油比運行，同時還可確保廢氣中有足量的氧氣來供氧化催化劑燃燒之前尚未燃燒盡的氮氧化合物CO。
催化轉化器在減少污染物方面卓有成效，但它仍有很大的改進空間。它只能在相當高的溫度下工作，這是它最大的缺點之一。當冷起動汽車時，催化轉化器在減少廢氣中的污染物方面幾乎無能為力。
解決此難題的一種簡單方法是將催化轉化器移近發動機。這意味著到達轉化器的廢氣的溫度會更高，從而可以更快地將其加熱，但這也有可能會因轉化器長期處于極高的溫度下運行而縮短其使用壽命。大多數汽車制造商都將轉化器放置在前排乘客座椅下面，以使它與發動機之間的距離足夠長，從而將溫度降至不會對其造成損傷的程度。
預熱催化轉化器是一種減少排放物的好方法。預熱催化轉化器的最簡單方法是使用電阻加熱器。但遺憾的是，大多數汽車上的12伏電路系統都不能提供充足的能量或電能，從而無法足夠快地加熱催化轉化器。而大部分人也不愿意在起動汽車前花幾分鐘時間等待催化轉化器熱起來。具有大容量高電壓電池組的混合動力車則可以提供足夠的電能來非常快速地加熱催化轉化器
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