氧化镁作为催化剂已经受到了广泛的应用，尤其在很多的有机反应中发挥着重要的催化作用。同时，氧化镁另一个重要应用就是作为其他催化剂的载体，例如Ni/MgO催化剂将氧化镁作为载体可以催化二氧化碳和甲烷的反应，将两种温室气体转化成氢气与一氧化碳的混合气体，且该混合气体可以作为燃料，进而实现综合利用。

由于纳米氧化镁的比面积高，且表面存在一定的缺陷，具有很大地催化活性，所以和块状粉体相比，催化效果更好。在纳米氧化镁从卤丁烷上脱去卤化氢的作用过程中，高聚物在氧化镁的催化作用下可以脱去小分子的卤化氢。同时，卤化氢又被吸附发哦氧化镁的表面，然后和氧化镁发生反应生成水和卤化镁。其中，卤化镁在一定的条件下经过煅烧后可以重新转变成氧化镁。这种催化作用在处理白色污染、降解高聚物方面具有十分重要的作用。

大多数的反应对催化剂都是有选择性的，仅有使用某一种或几种特定的催化剂才具有明显的催化作用，其中很多催化剂都需要掺入纳米氧化镁粉体，以构成特殊催化性能的催化剂，在谬些特殊的反应中发挥重要的作用。比方说，将NiSm-MgO作为催化剂，在一定条件下通过一氧化碳在催化剂中发生的催化热解反应生成碳纳米管。总而言之，无论是作为催化剂，还是作为催化剂载体，纳米氧化镁都具有重要的应用。