Fotokataliza heterogeniczna – fotokataliza zachodząca na granicy faz (pomiędzy dwiema fazami: ciało stałe–ciecz, ciało stałe–gaz, ciecz–gaz). Fotokatalizatorami heterogenicznymi są półprzewodniki, zwykle tlenki i siarczki metali przejściowych. Pochłanianie światła prowadzi do powstawania dziury w pasmie walencyjnym i elektronu w paśmie przewodnictwa. Ładunki te mogą migrować w obrębie kryształu półprzewodnika i być pułapkowanie na powierzchni, jak również uczestniczyć w procesach międzyfazowego transferu elektronów z udziałem cząsteczki akceptora elektronów A i ich donora D. Występujące następnie reakcje redukcji i utlenienia produktów (A•− i D•+) prowadzą do powstania trwałych produktów końcowych (Ared i Dox). Niepożądanymi reakcjami ubocznymi są m.in. rekombinacja ładunków oraz reakcja redoks pomiędzy A•− i D•+ powodująca odtworzenie akceptora i donora.