多孔电极的催化层，靠近碳性电池电解质溶液一侧，由亲水的催化剂、碳和氟树脂组成。催化层利用氟树脂的憎水性能在催化层中形成大量的电解质薄液膜。而被碳性电池电解质溶液润湿(确切说是部分润湿)，形成大量的气-液-固三相界而区，即在催化层中形成大量的高效反应区。
在催化层中，存在由憎水的氟树脂(如聚四氟乙烯等)与气孔组成的“干区”和由电解质溶液与被润湿的解质催化剂组成的“湿区”，这两种结构交错形成连续的网络，在靠近碳性电池电解质溶液一侧的催化层中，由于催化剂表面的亲水性，在其表面上形成薄液膜，气体的氧化或还原反应在多孔电极微孔内壁的薄液膜内进行。
常用的催化剂有铂、把、金、银和镍等金属。为了提高贵金属铂、把、金和银等的利用率，可以采用以下四种方法；1 采用合金化(电沉积、化学气相沉积等)制备含铂、把、金和银等的合金；2 采用碳等为载体，制备碳载铂等；3 采用超微化技术制备超细催化剂颗粒或超薄催化剂层；4 采用修饰电极。