催化燃燒受到了廣泛的關注，因為它具有將污染物的排放量降低到遠低于上述系統所能達到的水平的能力。燃料和空氣在進入催化劑之前先進行充分混合，這會加快化學反應并因此釋放燃燒熱。催化燃燒的當量比要遠低于常規燃燒系統中的稀薄燃燒。在如此低的溫度下，NOx含量大大降低。下圖顯示了催化燃燒器的可能示意圖。提供了一個中間區域，可將任何一氧化碳和純碳氫化合物轉化為諸如一氧化碳的產品2和H2O并被跟隨通過稀釋區來準備燃燒室廢氣以進入渦輪部分。

    在啟動和怠速時，壓縮機的輸送溫度可能太低而無法使催化劑有效，并且在啟動和怠速工況期間可能需要一個單獨的燃燒室。催化燃燒仍在開發中。要克服的重要問題是在燃氣輪機燃燒器中普遍存在的苛刻和變化的工作條件下令人滿意的催化劑壽命和可靠性。這里須指出的是，渦輪機入口溫度（TET）逐漸增加，當今的燃氣輪機在1800K的燃燒溫度下運行。在這樣的高溫下，使用催化燃燒減少排放的潛力是有限的，因為使用前面討論的其他形式的低排放燃燒系統可以實現穩定燃燒。由于這些燃燒系統非常發達，因此催化燃燒比較有可能在TET低于弱熄滅的小型裝置中找到應用。但是，如果催化燃燒的控制系統比DLE燃燒系統簡單得多（特別是如果省去了外部放氣），那么在這種燃氣輪機中，如果這種燃燒系統的成本具有競爭力，那么就有可能在催化式燃氣輪機中廣泛使用催化燃燒。還值得指出的是，渦輪進口溫度不會超過1800K，因為，在更高的渦輪入口溫度，NOX排放量顯著增加。