三元催化器的工作原理是利用高溫的汽車尾氣通過淨化裝置時，其中的淨化劑增強CO（一氧化碳）、HC（碳氫化合物）和NOx（氮氧化合物）三種氣體的活性，促使其進行氧化-還原化學反應。在這個過程中，CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳；NOx則還原成氮氣和氧氣。這樣，三種有害氣體轉變為無害氣體，從而淨化了汽車尾氣。
此外，三元催化器內部的淨化劑通常由載體和催化劑組成，載體一般由三氧化二鋁製成，而催化劑則是由貴重金屬如鉑、銠、鈀等噴塗在載體上形成的。三元催化器還需要適當的保養，以避免因積碳或其他因素導致的堵塞或失效。