是指在隔絕空氣或供給少量空氣的條件下，通過熱化學轉換，將生物質轉變成為木炭、液體和氣體等低分子物質的過程。生物質熱解技術能夠以較低的成本、連續化生產工藝，將常規方法難以處理的低能量密度的生物質轉化為高能量密度的氣、液、固產物，減少了生物質的體積，便于儲存和運輸。同時還能從生物油中提取高附加值的化學品。

包括原料的預處理、熱解以及熱解產物的分離與收集。預處理包括干燥和粉碎。干燥生物質能有效降低生物質熱解產物中水分含量，一般含水量（質量分數）應控制在10%以下，從而改善生物油的粘度、pH值、穩定性和存儲期。粉碎到合適的粒度有利于熱質傳遞和熱解產物的形成。此外，預處理階段還可能需要進行清洗或添加催化劑，以達到生產某些特定化學品的目的。熱解液化技術的關鍵在于要有很高的加熱速率和熱傳遞速率，短的氣體停留時間，嚴格控制溫度以及熱解揮發份的快速冷卻。只有滿足這樣的要求，才能最大限度地提高產物中油的比例。熱解產物的分離與收集包括氣相中焦炭灰分的分離和焦油的分離收集。生物質在熱解過程中會產生一些小顆粒的焦炭，并且幾乎所有的生物質中的灰分都留在了產物炭中。所以分離焦炭的同時也分離了灰分。這些小顆粒的焦炭和灰分會在熱解蒸汽的二次熱解中起到催化作用，并對生物油的穩定產生不利影響，因此，應采用過濾設備對氣相中的焦炭進行分離。生物油的收集主要利用冷凝器快速冷凝來實現。