1，酸性催化劑
常用的酸性催化劑有(VO)2P207、α VOHPO4、鈮酸和MFI沸石。在酸性催化劑的陽離子活性中心(Brnsted中心或Lewis中心)，醛羰基被活化形成烯醇正碳離子，導致縮合反應。酸催化烯醇酮的平衡可以用已有的研究成果來表示，催化劑表面酸性活性中心的種類、數量和分布會影響其催化性能，適當的酸強度可以有效促進氣相羥醛縮合反應中碳離子的形成，提高反應活性。
Tanner等人使用(VO)2P2P7和α VOHPO4的磷酸釩氧化物作為催化劑來研究丙酮的自縮合和丙酮與甲醛的交叉縮合。結果表明，磷酸釩催化劑的酸性活性中心對該反應具有良好的催化能力，羰基結構基團在其表面快速完成質子化和親核加成反應。
Paulis等人[4]以鈮酸(Nb2o5 nH2O)為催化劑進行丙酮的氣相羥醛縮合反應，發現反應產物的種類與催化劑酸中心的酸強度和酸性密切相關。結果表明，鈮酸催化劑表面的布朗斯臺德酸性中心酸較強，在縮醛和縮酮反應中具有良好的催化活性、選擇性和穩定性。
Dumitriu等人在低碳醛的氣相羥醛縮合反應中使用了不同酸性的MFI沸石。通過改變催化劑中Si Fe3+的比例，可以調節布朗斯臺德酸中心的酸強度和酸性。發現表面酸強度的增強可以促進低碳醛的氣相羥醛縮合反應，提高反應轉化率。
2.堿性催化劑
羥醛縮合反應中常用的堿性催化劑包括堿性化合物(堿金屬或堿土金屬的氧化物、氫氧化物、碳酸氫鹽、碳酸鹽和羧酸鹽)、有機胺和陰離子交換樹脂。在實際工業應用中，用於羥醛縮合反應的堿性催化劑可以是弱堿(如碳酸鈉、碳酸氫鈉和乙酸鈉)或強堿(如氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫化鈉和醇鈉)。前者壹般用於高活性醛類之間的縮合，產物多為β-羥基化合物；後者用於活性小、位阻大的醛或酮的縮合反應，反應多在非質子極性溶劑中進行。
堿金屬化合物催化劑常用於羥醛縮合制備羥基醛的反應中。得到的產物可以加氫純化得到二元醇甚至多元醇，如乙醛自縮合得到的3-羥基丁醛。當選用燒堿水溶液作催化劑時，粗產品催化加氫可得到1，3-丁二醇。類似地，甲醛和丁醛交叉縮合生成2，2-二羥甲基丁醛。選擇碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液作為催化劑，可以減少副反應，提高反應選擇性。
Lopez等人分別用NaBEA、KF/氧化鋁和La2O3固體催化劑研究了苯甲醛和苯乙酮的羥醛縮合反應中催化劑的失活機理。結果表明，反應過程中產生的苯甲酸會大大降低反應過程中質子氫的轉移速率，而胺的加入對速率影響不大，因此認為催化劑的堿性活性中心能有效催化反應，催化劑的失活也與堿性活性中心的損失有關。有機胺是另壹種廣泛用於羥醛縮合反應的堿性催化劑。如甲醛和異丁醛的縮合反應中常使用三乙胺作為縮合催化劑，生成羥基新戊二醇，縮合產物經氫化得到新戊二醇。甲醛和正丁醛縮合，然後在三乙胺的催化下氫化，生成高純度的羥甲基丙烷。專利[9]報道了壹種有機胺鹽縮合催化劑，其用於通過羥醛縮合制備1，3丙二醇的過程中。
陰離子交換樹脂是壹種新型堿性催化劑。傳統的堿金屬氫氧化物溶液(如nAOH和KOH)作為催化劑存在催化劑回收困難、設備易腐蝕、反應過程復雜、生產周期長等缺點。而陰離子交換樹脂在保持催化活性的基礎上克服了上述缺點，受到越來越多研究者的關註。
2，2-二羥甲基丙酸的工業生產主要以甲醛和丙醛為原料，在無機堿或有機堿的催化下，通過羥醛縮合反應生成2，2-二羥甲基丙酸，再用H2O2氧化。最新研究表明，反應效果取決於球形催化劑的比表面積、活性基團數量、吸附和脫附速度等。【催化劑以固體形式存在，避免了使用堿液作為催化劑的壹系列問題，也保證了反應的轉化率和選擇性。在2-甲基-2-戊烯醛的工業合成中，NaOH水溶液也廣泛用作催化劑，產率約為80%。但NaOH水溶液會腐蝕實驗設備，產物不易分離。唐思平等研究了以陰離子交換樹脂為催化劑，丙醛雙分子縮合制備2-甲基-2-戊烯醛的新工藝。目標產物2-甲基-2-戊烯醛的收率可達93.54%。
國內也有很多關於陰離子交換樹脂在羥醛縮合反應中應用的報道。歐誌澤等人選用三丁胺胺化強堿性陰離子交換樹脂作為相轉移催化劑催化合成芐叉丙酮。在優化的反應條件下，芐叉丙酮的收率可達98%，催化劑可重復使用。胡偉等人選擇強堿性苯乙烯季銨離子交換樹脂作為催化劑，由丙酮和甲醛縮合制備乙酰乙醇，然後在草酸存在下脫水得到甲基烯酮。石秀敏等[14]開發篩選了壹種適用於催化蒸餾二丙酮醇的新型陰離子催化劑，即具有高催化活性和選擇性的大孔強堿性苯乙烯陰離子樹脂。