Toplinski oksidanti se koriste kao metoda kontrole onečišćenja za procesni zrak koji sadrži male čestice zapaljivih krutih tvari ili tekućina. Ispušni zrak u industrijskim okruženjima može biti jako onečišćen i ima smisla oksidirati (sagoriti) što je više moguće, tako da se ispušni plin sastoji od malo, ali netoksičnog ugljika (čađe). Toplinski oksidanti se ponekad dijele na neplamenske oksidatore, koji koriste polagano zagrijavanje za spaljivanje zagađivača, i toplinske oksidatore s izravnim plamenom, koji koriste plamenove plamenove. Toplinski oksidanti mogu također uključivati proces koji se naziva katalitička oksidacija. U katalitičkoj oksidaciji, organski spojevi prolaze preko potpornog materijala obloženog katalizatorom, obično plemenitim metalom poput platine ili rodija, koji potiče izgaranje zagađivača u zraku. Katalitički oksidanti mogu razgraditi onečišćujuće tvari na mnogo nižim temperaturama od termalnih oksidatora koji nemaju katalitičko djelovanje.
Najznačajnija razlika između vrsta termalnih oksidatora je da li su regenerativni ili rekuperativni. Regenerativni termalni oksidanti koriste keramičke slojeve za prijenos topline kako bi povratili što je više moguće energije iz procesa oksidacije — često čak 90% do 95%. Ovi slojevi za prijenos topline djeluju kao izmjenjivači topline, spojeni na retencijsku komoru u kojoj se organske tvari oksidiraju. Rekuperativni termalni oksidator koristi izmjenjivač topline u obliku ploče, školjke ili cijevi za zagrijavanje zraka koji ulazi toplinskom energijom iz procesa oksidacije. Ovi sustavi su manje učinkoviti od regenerativnih termalnih oksidatora, obnavljaju samo oko 50% do 75% proizvedene topline.
Jedna tehnologija koja se koristi za povećanje učinkovitosti termičkih oksidatora je ona rotorskih koncentratora. Rotorski koncentratori smanjuju ukupnu količinu zraka koji struji kroz sustav i povećavaju koncentraciju organskih tvari u struji oksidacije. Dolazni zagađeni zrak struji kroz kotač koji se neprekidno okreće prekriven adsorbirajućim sredstvom. Čisti zrak struji u atmosferu. Kotač se čisti izlaganjem plinu za desorpciju, stvarajući malu, visoko koncentriranu struju organskih tvari koje se zatim mogu učinkovito oksidirati.
Najvažniji parametar za termičke oksidatore i katalitičke oksidatore je njihova učinkovitost uništavanja, koja se obično kreće između 90% i 99%. Što je veća učinkovitost uništavanja, manje zagađivača se ispušta u atmosferu. Uobičajena jedinica za određivanje učinkovitosti uništavanja je u miligramima po kubnom metru hlapljivih organskih spojeva. Kako bi se postigla ova učinkovitost uništavanja, katalitički oksidanti rade na 400 do 600°F (oko 204-316°C), termalni oksidanti na 1000 do 1800°F (oko 538-982°C).