Η θερμική οξείδωση (επίσης συχνά αναφέρεται ως «αποτέφρωση», «θερμική αποτέφρωση» ή «οξειδωτική καύση») είναι η διαδικασία οξείδωσης καύσιμων αερίων και οσμών σε ρεύμα αποβλήτων αερίων με θέρμανση ενός μείγματος ρύπων με αέρα ή οξυγόνο πάνω από την αυτόματη ανάφλεξή του. τοποθετούνται σε ένα θάλαμο καύσης και διατηρούνται σε υψηλή θερμοκρασία για αρκετό χρόνο για να ολοκληρωθεί η καύση σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Μετά τη θερμική οξείδωση, τα κύρια συστατικά του επεξεργασμένου αποβλήτου είναι οι υδρατμοί, το άζωτο, το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο. Ανάλογα με την περιεκτικότητα σε ρύπους του ακατέργαστου αποβλήτου που καίγεται και από τις συνθήκες λειτουργίας του θερμικού οξειδωτή, μπορεί να υπάρχουν και άλλοι ρύποι στα επεξεργασμένα απόβλητα αέρια όπως CO, HCl, HF, HBr, HI, NOX, SO₂, VOC, PCDD/PCDF, PCB και ενώσεις βαρέων μετάλλων (μεταξύ άλλων). Μπορεί να απαιτήσει επεξεργασία ανάντη ανάλογα με τη σύνθεση των ακατέργαστων αερίων αποβλήτων ή πρόσθετη κατάντη επεξεργασία των επεξεργασμένων αποβλήτων.

Ανάλογα με τις θερμοκρασίες καύσης κατά τα κύρια στάδια της αποτέφρωσης, τα πτητικά βαρέα μέταλλα και οι ανόργανες ενώσεις (π.χ. άλατα) εξατμίζονται πλήρως ή εν μέρει. Αυτές οι ουσίες μεταφέρονται από τα απορρίμματα εισόδου τόσο στα επεξεργασμένα απόβλητα αέρια όσο και στην ιπτάμενη τέφρα που περιέχει. Δημιουργείται μια ιπτάμενη τέφρα (σκόνη) και βαρύτερη συμπαγής τέφρα (τέφρα πυθμένα).