El dióxido de titanio (TiO₂) es el material más utilizado, ya que es estable, no tóxico y barato. Sin embargo, solo puede absorber luz UV, que representa una pequeña fracción del espectro solar. Actualmente se investiga la adición de metales y semiconductores a catalizadores de TiO₂ para mejorar la eficiencia del proceso de síntesis de metanol.

El mecanismo de reducción del CO₂ a metanol mediante fotocatálisis es complejo y puede involucrar varias rutas de reacción. En términos generales, la reacción involucra la adsorción del CO₂ en la superficie del catalizador, seguida de una serie de pasos de reducción que convierten el CO₂ en productos más reducidos como monóxido de carbono (CO), formiato (HCOO⁻), formaldehído (HCHO) y finalmente metanol (CH₃OH).

El desafío principal es la alta estabilidad del CO₂, lo que hace que su activación requiera una cantidad significativa de energía. La fotocatálisis ofrece una forma de suministrar esta energía de manera eficiente, utilizando la luz solar. Sin embargo, la selectividad hacia el metanol mantiene a esta tecnología como no lo suficientemente viable como para su implementación industrial en la actualidad, ya que otras rutas de reacción pueden dar lugar a productos secundarios como monóxido de carbono o metano en cantidades suficientemente grandes como para que se prefieran otros métodos de síntesis.