Termins “fāze” attiecas uz vielas stāvokli; ir cietā, šķidrā un gāzveida fāzes. Neviendabīgs katalizators ir ķīmiskās reakcijas dalībnieks, kas neietilpst tajā pašā vielas fāzē kā faktiskie reaģenti. Piemēram, šķidrumi var reaģēt cieta katalizatora klātbūtnē. Kamēr katalizators paātrina reakcijas procesu, pats reaģenti to nepatērē. Dārgmetāli vai citi pārejas metāli bieži tiek izmantoti kā neviendabīgs katalizators, un tos var smalki sadalīt, lai palielinātu virsmas iedarbību uz substrāta vai nesēja.
Rūpniecībā visplašāk tiek izmantots neviendabīgais katalizators, nevis homogēnā šķirne. Atklātā katalītiskā virsma nodrošina vietas vājai ģeometriski izlīdzinātu reaģentu virsmas saitei. Šī uzvedība ir svarīga, piemēram, oglekļa-oglekļa dubultsaišu hidrogenēšanas gadījumā. Ir labi apsvērt tādu piemēru kā etilēns, kura ķīmiskā struktūra ir H2C=CH2. Kad viena etilēna molekula tuvojas katalītiskajai virsmai, tā adsorbējas vai pievienojas apakšējā kreisajā ūdeņraža atomā un apakšējā labajā ūdeņraža atomā — augšējais kreisais un labais ūdeņraža atomi paliek brīvi.
Viena ūdeņraža molekula, H2 vai H‒H, pēc tam var pievienoties pāri dubultai saitei, to aizstājot ar vienu saiti, veidojot “piesātinātu” etānu vai H3C‒CH3. Tomēr ir divi veidi, kā ūdeņraža atomi var pievienoties pāri dubultai saitei. Vai nu abi var pievienot no apakšas dubultās saites, vai arī viens var pievienot zemāk, bet otrs pievieno virs dubultās saites otrā pusē. Abu ūdeņraža atomu pievienošanu vienai dubultsaites pusei sauc par “cis-pievienošanu”, savukārt viena pievienošanu vienai un otra pievienošanu otrai sauc par “trans-pievienošanu”. Bez šaubām, izteiciens “trans-tauki” — lietots, lai aprakstītu nepiesātinātos taukus, kas ir hidrogenēti ar trans-pievienošanu — lasītājam būs pazīstams.
Katalizatori uzņem to reakciju ātrumu, kurām tie tiek izmantoti, jo to klātbūtne maina reakcijas ceļu. Tas maina pārejas stāvokli un samazina aktivācijas enerģiju, kas nepieciešama reakcijas veikšanai. Viena no priekšrocībām šādai reakcijai, ko veic ar neviendabīgu katalizatoru, ir katalizatora atgūstamības vienkāršība. Heterogēni katalizatori ir īpaši piemēroti nepārtraukta procesa ķīmiskām reakcijām, kurās materiāls tiek nodrošināts, reaģēts, noņemts un nomainīts nepārtraukti. Šāda neviendabīga katalizatora procesa piemērs no naftas rūpniecības ir granulēta katalītiskā materiāla izmantošana tā sauktajā “kustīgās gultas” procesā.