催化劑中毒是指催化劑被化合物部分或全部失活。中毒專門指化學失活，而不是催化劑降解的其他機制，例如熱分解或物理損壞。雖然通常是不希望的，但中毒可能有助于提高催化劑的選擇性（例如Lindlar催化劑）。一個重要的歷史例子是含鉛燃料使催化轉化器中毒。

有機官能團和無機陰離子通常具有強烈吸附到金屬表面的能力。常見的催化劑毒物包括一氧化碳、鹵化物、氰化物、硫化物、亞硫酸鹽、磷酸鹽、亞磷酸鹽和有機分子，例如腈、硝基化合物、肟和含氮雜環。由于過渡金屬的性質，試劑會改變它們的催化性能。Lindlar催化劑是通過在碳酸鈣(CaCO3)漿液中還原氯化鈀，然后用醋酸鉛中毒來制備的。在一個相關的案例中，Rosenmund將酰鹵還原為醛，

中毒通常涉及與催化劑活性位點化學鍵合的化合物。中毒會減少活性位點的數量，因此反應物分子在進行反應之前必須通過孔結構擴散的平均距離會增加。結果，中毒位點不再能加速催化劑應該催化的反應。Haber-Bosch工藝中氨等物質的大規模生產包括從產品流中去除潛在毒物的步驟。當中毒反應速度相對于擴散速度較慢時，毒物將均勻地分布在整個催化劑中，并導致催化劑的均勻中毒。相反，如果反應速度比擴散速度快，

如果催化劑和反應條件表明效率低，則可能會觀察到選擇性中毒，其中僅一小部分催化劑表面中毒會導致活性不成比例地大幅下降。

通常，催化劑中毒是不希望的，因為它會導致昂貴金屬或其配合物的浪費。然而，催化劑的中毒可用于提高反應的選擇性。中毒可以使選擇性的中間體被分離出來并產生所需的最終產品。

在石油產品的提純中，采用加氫脫硫工藝。使用H2還原硫醇，例如噻吩，以產生H2S和不同鏈長的烴。常用的催化劑是鎢和硫化鉬。將鈷和鎳添加到任一邊緣或將它們部分結合到晶格結構中可以提高催化劑的效率。催化劑的合成產生了一種負載型雜化物，可防止鈷核中毒。

• 在汽車中使用的催化轉化器中，四乙基鉛被轉化為元素鉛，鉛與催化劑中存在的金屬形成合金，從而降低了轉化器減少NOx排放的能力。
• 在使用鉑催化劑的燃料電池中，燃料必須不含硫和一氧化碳，除非使用脫硫系統。
• 用于生產聚烯烴（例如聚乙烯、聚丙烯等）的齊格勒-納塔催化劑會因水和氧氣而中毒。這種中毒適用于烯烴聚合的均相催化劑和多相催化劑。這需要純化單體（乙烯、丙烯等）。