熱燃燒方法是當VOCs濃度低時向燃燒氣體添加燃料的方式。在熱燃燒中，凈化廢氣不用作燃料，而是用作供氧的輔助氣體;當廢氣中的氧含量低時，需要空氣來輔助燃燒。熱燃燒所需的溫度低于直接燃燒，約540~820攝氏度。該方法簡單，投資少，適用于高濃度，小風量的廢氣，但具有較高的安全技術和操作要求。
熱燃燒過程可分為三個步驟：輔助燃料燃燒，提供熱量，廢氣和高溫氣體混合物，達到反應溫度;在反應溫度下，廢氣具有足夠的停留時間來氧化廢氣中的可燃有害成分，達到凈化和排出氣體的目的。
熱燃燒可以在專用燃燒裝置或傳統燃燒爐中進行。熱燃燒專用裝置稱為熱燃燒爐，其結構應滿足熱燃燒的要求，即保證溫度在760℃以上，接觸時間約為0.55s。熱燃燒爐的主要結構由兩部分組成：燃燒器，其功能是使輔助燃料燃燒產生高溫氣體;燃燒室是將高溫氣體與旁通廢氣混合，達到反應溫度，使廢氣在停留時間內達到要求。