热力燃烧多用于处理可燃组分含量较低的废气。在热力燃烧中，要净化的废气不是作为维持燃烧所用的燃料，而是燃烧的对象。在含氧量足够时，还可作为助燃气体。热力燃烧可在540～820℃进行。

在热力燃烧中，空气中有害的可燃组分经氧化作用生成CO₂和H₂O。大部分物质在温度760～820℃和驻留时间0.1～0.3秒内即可变化完全，大多数碳氢化合物在温度590～650℃就很快地被氧化，但CO-CO₂的氧化过程却需要较高的温度和较长的驻留时间。一般热力燃烧的反应温度为760～820℃，这就需要用辅助燃料燃烧供热，以达到这个反应温度。辅助燃料不能直接与全部要净化处理的废气混合，因为这样会使其浓度低于燃烧下限，以致不能维持燃烧。通常先用一半的废气(含有足够氧气时)使辅助燃料燃烧达到1370℃左右，再与其余废气混合达到760℃的反应温度。一般燃烧炉设计的总驻留时间为0.5秒。

热力燃烧的条件是废气与氧气在反应温度下有充分的接触时间。这就是在供氧充分的情况下，热力燃烧的三个要素，即反应温度、驻留时间、湍流混合。这“三T条件”从定性来看，是互相关联的，在一定范围内改变一个条件，其他两个条件则可降低要求。例如，提高反应温度可以缩短驻留时间，并可降低湍流混合的要求。同样，充分湍流混合也可降低对温度和时间的要求。大多数碳氢化合物每1%爆炸下限浓度所含热值，大约可使气体升温15.3℃。采用热力燃烧时，一般应将废气的可燃组分浓度控制在25%爆炸下限，以防止由于混合物比例及爆炸范围的偶然变化，可能引起的爆炸或回火 。