含油污泥的热解过程是一个复杂的物理化学反应，过程如下：在温度100~200℃区间内以吸附水分离为主进行物理干燥；在250℃以下生成CO2、H2S等进行脱离结合水、O2、S；达到250℃时，聚合物发生裂解，H2S发生分裂；在340℃时CH4等烃类被分离，脂肪族化合物发生裂解；温度到达380℃时，碳化炭上黏着干馏产物；温度为400℃时，碳氧体与碳氮化合物发生裂解；在温度400~420℃区间内，沥青化合物向热解油和热解焦油转化；在600℃以下，沥青类裂解为耐高温物质；而超过600℃则产生烃芳香族。热解过程大致可以分为五个阶段：脱水和脱气、轻质油挥发、重质油热解、半焦炭化及矿物质分解。

热解技术处理含油污泥是将能量回收的资源型工艺。含油污泥的油组分是由烃类、胶质、沥青质等物质组成，在高温、缺氧的环境中进行裂解、热缩和反应，用催化剂把蒸馏和热分解相结合，使含油污泥转化为气态、液态与固态。气态以H2、CO2和石油烃类等为主，液态以热解油和H2O为主，而固态以残炭和无机矿物为主。含油污泥的热解，其本质是含油污泥脱水和热解的耦合过程。