三效催化劑(英文名為Three-WayCatalyst)，簡稱TWC。這種催化劑的特性是用一種催化劑能同時凈化汽車尾氣中的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(CnHm)和氮氧化物(NOx)，但為了發揮其催化性能，必須將空燃比經常控制在14.6±0.1附近，這種催化凈化器具有較高的凈化率，但需要有氧傳感器、多點式燃料電子噴射、電子點火等閉路反饋系統相匹配。這種催化凈化器是利用尾氣中的O2、NOx為氧化劑，CO、CnHm（以CH2為代表）和H2為還原劑，在理論空燃比附近可發生如下反應：
2CO+O2=2CO2
2CO+2NO=N2+2CO2
CH2+3nNO=nN2+nCO2+nH2O
2NO+2H2=N2+2H2O
現在應用的三效催化劑大部分是以多孔陶瓷為載體，再附著上所謂的活化涂層(Washcoat)，最后用浸漬的方法吸附活性成分。催化劑的活性成分主要采用貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等。由于貴金屬資源少、價格貴，各國科學家都在致力于研究經濟上和技術上都可行的稀土/鈀三效催化劑。預計這種催化劑將有很好的應用前景。
三效催化凈化器的優點是凈化率與燃料經濟性都比較好，主要問題是成本費用昂貴。由于柴油機排放的氣體中殘留的氧較多，使氧傳感器的控制不靈敏，故三效催化凈化器一般不用于柴油機，而只適用于汽油機。
汽車尾氣的主要有害成分是碳氫化合物(CnHm)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)。這三種物質對人體都有毒害，其中CnHm及NOx在陽光及其他適宜條件下還會形成光化學煙霧，危害更大。消除汽車尾氣中這些有害成分的方案主要有兩種：一種是改進發動機的燃燒方式以減少有害氣體的排放；另一種是采用催化轉化器將尾氣中的有害氣體凈化。首先，1975年美國在新型車上安裝了催化轉化器，接著日本、西歐等國家也先后采用催化轉化器以滿足自己國家汽車排放法規的要求。汽車催化轉化器有兩種類型，一種是氧化型催化反應器，使尾氣中的CnHm和CO與尾氣中的余氧反應，生成無害的H2O和CO2，從而達到凈化目的。
由于對NOx等污染物排放標準的強制化和降低燃料消耗的要求，一方面應盡量控制空燃比在14.6附近運轉，另一方面應采用控制點火時間和廢氣再循環等方法，以減少尾氣中的NOx。然而這些方法的缺點是往往會增加尾氣中的CnHm和CO。