排気ガス中の一酸化炭素（CO)，炭化水素（HC）の酸化と窒素酸化物（NO_x）の還元を同時に行い，これらの有害ガス三成分を無害な二酸化炭素（CO₂)，水（H₂O)，窒素（N₂）にする触媒システム．三元触媒の浄化性能は排気ガス中の酸化成分（NO_x，O₂）と還元成分（HC，CO，H₂）のガス組成比により，大きく異なる．それらのバランスがとれたところ，すなわち理論空燃比近傍に精密に制御することにより三成分とも高い浄化率が得られる．この制御は空燃比フィードバックシステムと呼ばれ，触媒コンバータの前または後ろに置かれた酸素濃度センサ信号により排ガスが理論空燃比より大きいか小さいかを判断し，コンピュータが適切な燃料噴射量を決定するものである．触媒に使用される活性物質は白金（Pt)，パラジウム（Pd)，ロジウム（Rh）などの貴金属が用いられ，特にRhはNO_xの浄化に優れるため三元触媒には有用である．また添加剤として，熱安定性を向上させたり，酸素の貯蔵，放出を行い，理論空燃比から外れた時の浄化性能の低下を抑えるために，希土類酸化物，遷移金属酸化物が用いられる．本システムは，自動車用ガソリン機関の排気浄化システムの主流を占めている．