三元触媒はセラミックなどで成形された触媒担体を貴金属塩溶液に浸して貴金属粒子を触媒担体の表面に固定（担持）するウォッシュコート法や、触媒基板に貴金属粒子を塗布するコーティング法などにより製造され、排気管の途中に組み込まれる構造が一般的となっている。実用化された当初は定期交換が容易なペレット（粒）が用いられたが、次第に一塊の円柱形や楕円柱形に成形したものが普及し、触媒のみを交換する方式は用いられなくなった。一塊に成形された触媒担体はモノリス担体()と呼ばれ、排気の流れに直交する断面はハニカム構造として表面積を大きくされている。モノリス担体の材料には安価なセラミックが用いられることが多いが、セラミック製のモノリスは外殻に固定できず繊維マットで衝撃から保護しながら保持する必要があるため小型化が難しく、オートバイなどではメタルハニカムを用いて排気管に溶接されている。また、小型汎用エンジンではスチールウール状のニットワイヤが用いられる場合もある。
他の方式による排ガス浄化.
三元触媒が登場する以前はNOxの低減とHC・COの低減がそれぞれ分かれて研究されており、希薄燃焼や燃焼温度低下など燃焼条件を改良してNOxを低下させる前処理方式と、サーマルリアクターや酸化触媒などの処理装置を排気管に組み込んでHC・COの処理を行う後処理方式が行われていた。燃焼温度を下げることは燃焼中のNOx生成を抑制することができたが、NOxを抑制するほど燃費が悪くなったため、各国の燃費規制の強化と三元触媒の製造技術の進歩と共に採用されなくなった。
欠点とその対策.
常温では還元能力が低く、エンジン始動直後などで三元触媒が冷えた状態では還元能力がほとんどない。これを改善するため、アイドリング時に排気管内に二次空気を導入して排気温度を上昇させるリードバルブ式二次空気導入装置を併設する方法や、触媒をエンジンに近づけて排気ガスの熱により温度上昇を促す方法がとられている。その一方で、過度の高温に晒され続けると破損するため、あまりエンジンに近い位置に設置することもできない。