촉매란 화학반응에서 자신은 변화하지 않고 반응속도를 변화시키거나 반응을 시작 시키는 등의 역할을 하는 물질이다. 광촉매란 촉매의 일종으로 촉매작용이 빛에너지를 받아 일어나는 물질, 즉, 빛을 에너지원으로 촉매반응(산화, 환원반응)을 촉진시키는 작용이나 반응을 의미한다. 이 광촉매반응을 통하여 형성된 반응성물질(예, 이산화티탄늄(TiO₂)에 빛을 조사면 결정표면에 생기는 전자가 이탈한 정공이 물 분자와 반응해서 산화력이 매우 큰 하이드록시 라디컬을 형성한다.)은 수처리 분야에도 적용되고 있어 각종 세균의균이나 유기성 오염물질을 분해를 유도한다. 1960년대 중반에 산화텅스텐, 이산화티탄, 산화아연 등의 분말을 물에 현탁시켜 3가의 철 이온 등을 가한 후 빛을 조시시키면 산소가 발생한다는 것을 알게 되었는데, 이것이 광촉매에 의한 물분해의 최초의 예이다. 이산화티탄은 자체가 빛을 받아도 변하지 않아 반영구적으로 사용가능하고, 염소나 오존보다 산화력이 높아 살균력이 뛰어나며, 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 능력을 갖고 있어 대표적인 광촉매 물질로 사용된다. 또한 이산화티탄은 광촉매로서 내구성, 내마모성이 우수하고, 그 자체가 안전, 무독물질이며 폐기하여도 2차 공해에 대한 염려가 없다. 광촉매는 지구의 대기 및 수질 오염과 차세대 에너지 문제 해결, 실내외 건축물에 광코팅, 가전제품에의 광촉매 적용 등 다양한 분야에서 응용되고 있다.