Thermische Verfahren sind in erster Linie zur Reinigung von Böden geeignet, die mit organischen Kontaminationen wie KW, PAK, PCB, EOX, aber auch mit flüchtigen anorganischen Verbindungen wie z. B. Cyaniden und Schwermetallen mit niedrigem Siedepunkt (Quecksilber) belastet sind. Zunächst erfolgt eine mechanische Aufbereitung mittels Brecher oder Shredder. Vor der eigentlichen thermischen Behandlung vollstreckt sich zum Teil bei Temperaturen von 100 - 120 °C noch eine Vortrocknung des Materials, wobei auch leichtflüchtige Stoffe ausgetrieben werden. Die thermische Behandlung vollzieht sich meist in Drehrohr- oder Wirbelschichtöfen es gibt zwei verschiedene Verfahren: bei den direkten Verfahren werden durch eine offene Flamme im Feuerungsraum Temperaturen von 1000 - 1200 °C erzeugt. Bei den indirekten Verfahren ist der Drehrohrofen gegen die Umgebung abgedichtet, die Wärme wird von außen über den Mantel zugeführt und das Material unter Luftabschluß bei bis zu 600 °C verschwelt (Pyrolyse). Die in die Gasphase überführten Kontaminanten (organische und leichtflüchtige Schadstoffe) werden anschließend einer Rauchgasreinigung (Einhaltung von TA-Luft und 17. BImSchV ) zugeführt, während der gereinigte Boden ausgetragen wird.