Utleniacze termiczne są stosowane jako metoda kontroli zanieczyszczenia powietrza procesowego zawierającego małe cząstki palnych ciał stałych lub cieczy. Powietrze wywiewane w warunkach przemysłowych może być bardzo zanieczyszczone i sensowne jest jego utlenianie (spalanie) w jak największym stopniu, tak aby spaliny składały się z niewielkiej ilości, ale nietoksycznego węgla (sadzy). Utleniacze termiczne są czasami podzielone na utleniacze bezpłomieniowe, które wykorzystują powolne ogrzewanie do spalania zanieczyszczeń, oraz utleniacze termiczne z bezpośrednim płomieniem, które wykorzystują pióropusze płomienia. Utleniacze termiczne mogą również obejmować proces zwany utlenianiem katalitycznym. W utlenianiu katalitycznym związki organiczne przechodzą przez materiał nośnika pokryty katalizatorem, zwykle metalem szlachetnym, takim jak platyna lub rod, który pobudza zanieczyszczenia w powietrzu do spalania. Utleniacze katalityczne mogą rozkładać zanieczyszczenia w znacznie niższych temperaturach niż utleniacze termiczne pozbawione działania katalitycznego.
Najważniejszą różnicą pomiędzy typami utleniaczy termicznych jest to, czy są one regeneracyjne czy rekuperacyjne. Regeneracyjne utleniacze termiczne wykorzystują ceramiczne złoża wymiany ciepła w celu odzyskania jak największej ilości energii z procesu utleniania — często nawet od 90% do 95%. Te złoża wymiany ciepła działają jak wymienniki ciepła, połączone z komorą retencyjną, w której utleniane są substancje organiczne. Rekuperacyjny utleniacz termiczny wykorzystuje wymiennik ciepła w postaci płyty, płaszcza lub rury do ogrzewania powietrza wlotowego energią cieplną z procesu utleniania. Systemy te są mniej wydajne niż regeneracyjne utleniacze termiczne, odzyskując jedynie około 50% do 75% wytworzonego ciepła.
Jedną z technologii stosowanych w celu zwiększenia wydajności utleniaczy termicznych jest technologia koncentratorów wirnikowych. Koncentratory wirnikowe zmniejszają całkowitą ilość powietrza przepływającego przez układ i zwiększają stężenie substancji organicznych w strumieniu utleniającym. Napływające zanieczyszczone powietrze przepływa przez obracające się w sposób ciągły koło pokryte adsorbentem. Czyste powietrze napływa do atmosfery. Koło jest czyszczone poprzez wystawienie go na działanie gazu desorpcyjnego, w wyniku czego powstaje mały, silnie stężony strumień substancji organicznych, który można następnie skutecznie utlenić.
Najważniejszym parametrem dla utleniaczy termicznych i utleniaczy katalitycznych jest ich skuteczność niszczenia, która zwykle waha się między 90% a 99%. Im wyższa skuteczność niszczenia, tym mniej zanieczyszczeń jest uwalnianych do atmosfery. Powszechną jednostką określającą skuteczność niszczenia są miligramy na metr sześcienny lotnych związków organicznych. Aby osiągnąć te wydajności niszczenia, utleniacze katalityczne działają w 400 do 600°F (około 204-316°C), utleniacze termiczne w 1000 do 1800°F (około 538-982°C).