1) le catalyseur n'est efficace qu'au-dessus d'environ 400 °C, température qui n'est généralement atteinte qu'après 10 à 15 kilomètres de conduite. Or, c'est au démarrage que les émissions de gaz toxiques sont les plus importantes.
 
2) les polluants majeurs ne sont pas traités : la température de fonctionnement du catalyseur à trois voies provoque une réaction parasite qui crée du N2O, un puissant gaz à effet de serre, et il ne traite évidemment pas le CO2, résidu naturel de la combustion. Ce sont donc deux gaz à effet de serre qui sont produits et de fait non traités.  
 
3)  remplacement du plomb : le plomb utilisé pour relever l'indice d'octane a été remplacé car il détruit les pots catalytiques. Mais le benzène et certains métaux lourds (ex : manganèse en additif sur les véhicules qui ne supportent pas les carburants sans plomb) qui ont remplacé le plomb comme « anti-détonants » (une grande partie du benzène a été aujourd'hui remplacée par des alcools qui ont des propriétés anti-détonantes similaires) posent d'autres problèmes écologiques et sanitaires (le benzène est cancérogène), et ils sont de plus en plus présents dans l'air et l'environnement urbain et aux abords des routes à fort trafic.
 
4) une nouvelle pollution par les métaux précieux : selon des études citées par la revue scientifique américaine Environmental Science and Technology – paradoxalement - les métaux lourds des pots catalytiques polluent déjà l'environnement, localement et jusque dans les neiges et les glaces polaires (100 fois plus de retombées dans les zones polaires, avec très forte augmentation en deux décennies). Les pots sont soumis à un flux corrosif et encrassant, à de fréquentes variations de température et de pression, à des chocs thermiques et aux vibrations, ce qui explique qu'une part des métaux lourds utilisés soit peu à peu arrachée de leur support et expulsée avec les gaz d'échappement.
 
5) Les pots catalytiques pour automobiles sont apparus vers 1975 aux États-Unis et à la fin des années 1980 en Europe de l’Ouest. Ils émettent des quantités croissantes de platine, rhodium et palladium et ceux-ci se retrouvent détectés, par exemple, dans l'herbe des prairies en bordure de routes ou dans l'urine d'habitants d'une grande ville telle que celle de Rome. Ces métaux, autrefois rares dans notre environnement, sont maintenant communément trouvés dans la poussière des routes des pays riches, à des taux parfois plus élevés que dans le minerai de platine.
 
6) Pollution locale et globale : contrairement aux principaux gaz d'échappement, les métaux lourds ne sont ni biodégradables ni dégradables. Ils ne peuvent qu'être stockés éventuellement provisoirement dans les sols, sédiments ou végétaux. Ce phénomène est récent et peu étudié : on ignore encore s'ils peuvent être fortement bioaccumulés dans les chaînes alimentaires. Une étude a dosé le platine, le rhodium et le palladium de carottes de glace et de neige prélevées au centre du Groenland. « Les taux de platine, rhodium et palladium se sont montrés jusqu'à 100 fois plus élevés dans la neige tombée au milieu des années 1990 que dans la glace datant d'il y a 7000 à 8000 ans », avec une « brutale augmentation ces dernières années » qui laisse à penser que la catalyse serait en cause.
Des analyses sont en cours pour voir si l'Antarctique et l'hémisphère sud sont également touchés, bien que beaucoup moins industrialisés et peuplés.
L'origine de cette pollution semble avérée et incontestable, car le rapport d'abondance du platine et du rhodium mesuré dans la neige récente du Groenland est le même que celui mesuré directement à la sortie de pots d'échappement catalytiques.  
 
7) pollution par l'osmium. Ce métal rare est volatil sous sa forme oxydée, qui est par ailleurs très toxique :un faible pourcentage de cet osmium est perdu sous forme particulaire (expulsé avec les gaz d'échappement, déposé sur les routes et éventuellement lessivé par les pluies), une autre partie, probablement beaucoup plus importante est perdue sous forme gazeuse et près de 95 % de l'osmium des pots catalytiques soit vaporisé et dispersé dans l'air, faisant des automobiles contemporaines la première source majeure et planétaire de pollution en osmium non radiogénique.
 
8) l'osmium des catalyseurs passe effectivement en phase vapeur aux températures de fonctionnement des pots d'échappement : Une expérience a consisté à chauffer l'élément catalytique d'un pot d'échappement dans un four durant 330 heures (délai correspondant à environ un an d'utilisation à raison d'une heure/jour, à 400 °C, soit la température la plus basse pour que le catalyseur fonctionne). À cette température, 75 % à 95 % de l'osmium quitte le substrat catalytique pour passer dans l'air sous forme gazeuse (OSO4). Or la température dans un pot catalytique dépasse souvent 500 °C et peut atteindre 1 100 °C18. En usage normal près de 100 % de l'osmium présent dans le catalyseur pourrait être perdu dans l'air, une étude isotopique récente a montré que cette contamination était déjà largement planétaire pour les neiges et eaux de pluies, mais aussi des eaux marines superficielles par de l'osmium anthropogénique.
 
9) pollution par les nanotubes de carbone. En se dégradant, les pots catalytiques relâchent des nanotubes de carbone dans l'air et ces nanotubes peuvent se retrouver dans les poumons des enfants des capitales.