催化劑通常能使電解水的活化能大大降低，從而降低電解水的過電勢。催化劑的優劣決定了電解水所需要的總電壓以及電能轉換為氫能的轉化效率。比如，兩根石墨電極組成的電解池通常需要大于2 V的電壓才能產生氫氣和氧氣，因為石墨不是理想的催化劑，而兩片不銹鋼電極組成的電解池需要大約1.6-1.8V的電壓就能產生氫氣和氧氣。研究新型的催化劑來增加能量轉換效率是能源領域十分受關注的焦點。
在酸性環境中，鉑是析氫反應的催化劑，幾乎沒有任何過電勢以及非常小的塔菲爾斜率(電流增加10倍所需要的額外電壓)，是幾乎理想化的催化劑，但是由于鉑貴金屬資源稀缺，科學家正在尋找一些廉價催化劑(過渡金屬硫化物，碳化物以及磷化物)。氧化銥是析氧反應的催化劑，但是同樣依賴于稀缺資源，同時由于高電位以及酸性環境，極少物質能能同時展現析氧反應催化活性和穩定性，所以目前為止還沒有找到氧化銥的替代品。
在堿性環境中，鉑和氧化銥依然是很好的催化劑，但是由于氧化物和氫氧化物在堿性環境的穩定性，能有更多低原子數過渡金屬化物的選擇。比如，鎳基合金展現出了優良的析氫反應的催化活性和穩定性，鎳鐵基復合材料和一些鈣鈦礦材料展現出了優良的析氧反應的催化活性。

標簽：電解水催化劑