Für die Entwicklung von neuen Materialien ist nicht nur die chemische Zusammensetzung maßgebend für die technischen Eigenschaften, vielmehr müssen, falls vorhanden, die verschiedenen Phasen eindeutig definiert werden. Die quantitative Phasenanalyse kann durch die Verwendung von Neutronenstrahlen Informationen über ein Volumen erhalten, welches häufig den realen Einsatzbedingungen sehr nahe kommt. Im Gegensatz zur Röntgen- und Synchrotronstreuung können Volumina bis zu einigen cm³ untersucht werden. Das hohe Durchdringungsvermögen der Neutronenstrahlen führt zudem zu einem einfacheren Einsatz von Probenumgebungen wie beispielsweise Kryostaten, Öfen, Druckzellen oder Zugmaschinen.

Darüber hinaus ermöglichen die Neutronenmessungen die Analyse der Morphologie, d. h. die Form und Größe von Partikeln (im Bereich von 1 nm – 400 nm) zu bestimmen, sowie die Verteilung von Partikeln zu berechnen wenn diese z. B. in einer Matrix eingelagert sind. Diese Messgrößen sind wesentliche Parameter für die Verbesserung und Neuentwicklung von Materialien.

Die verwendeten Geräte bestimmen hierbei die Atomabstände in der zu untersuchenden Probe mit einem Diffraktionsexperiment. Die detaillierte Analyse der hierbei gewonnenen Diffraktogramme gibt Aufschluß über die atomare Struktur und quantitavivem Anteil der vorhandenen Phasen.

In der Katalyseforschung unterscheidet man die Bereiche heterogene und homogene Katalyse.
Bei der heterogenen Katalyse liegen Katalysator und Reaktant in verschiedenen Phasen vor wie beispielsweise bei Gasreaktionen und Reaktionen in Lösungen die durch feste Katalysatoren beschleunigt werden. Zu dieser Gruppe gehören neben den Metallen (Platin, Rhodium, Palladium und Eisen) feste Metalloxide (z. B. V₂O₅), Metallsalze, Zeolithe aber auch Enzyme, die an Kompartimente gebunden sind.
Bei der homogenen Katalyse befinden sich Katalysator und Reaktant in der gleichen Phase, wie die Edukte der zu katalysierenden Reaktion. Hierbei ist von Vorteil, dass jedes einzelne Molekül katalytisch wirksam ist und nicht nur die Oberfläche, wie bei der heterogenen Katalyse. Zu den homogenen Katalysatoren gehören Säuren, Basen, Metallsalzlösungen aber auch komplexe Enzyme.

Mit Hilfe der Neutronenstreuung können einerseits präzise Elektronendichteverteilungen bestimmt werden, die für die katalytische Wirkung entscheidend sind. Andererseits können in in-situ Messungen Wechselwirkungen zwischen Katalysator und Reaktant untersucht werden indem die Struktur und Phasenbildung im Katalysator bestimmt wird.