پیرولیز یک فرآیند تجزیه حرارتی مواد آلی در غیاب یا با حداقل حضور اکسیژن است که به منظور شکستن زنجیر مولکول‌های و تبدیل به ترکیبات ساده‌تر انجام می‌شود. این واکنش‌ها تحت دمای بالا (معمولاً بین 300 تا 1000 درجه سانتی‌گراد) و در شرایط کنترل شده رخ می‌دهند. هدف اصلی پیرولیز، تبدیل مواد اولیه‌ای که امکان بازیافت ندارند به محصولات ارزشمندی مانند زغال (کربن سیاه) ، روغن پیرولیز (مایع آلی با قابلیت سوخت) و گازهای قابل احتراق میباشد.

در غیاب اکسیژن، تجزیه حرارتی باعث شکستن پیوندهای شیمیایی در مولکول‌ها می‌شود که منجر به واکنش‌های پیچیده‌ای می‌شود. این واکنش‌ها معمولاً شامل تجزیه زنجیره‌ای، شکستن پیوندها، حذف گروه‌های عاملی و بازآرایی مولکولی هستند.

واکنش‌های اصلی پیرولیز شامل چند مرحله مهم هستند. ابتدا در مرحله تجزیه حرارتی، زنجیرهای مولکول‌های بزرگ تحت تأثیر حرارت شروع به شکستن می‌کنند و رادیکال‌های آزاد بسیار واکنش‌پذیر تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، سلولز (C₆H₁₀O₅)ₙ تحت گرما به گلوکز و سپس به ترکیبات فرار، گاز و کربن سیاه تبدیل می‌شود. در مرحله شکست زنجیره‌ای، پیوندهای کربن-کربن (C–C) و کربن-هیدروژن (C–H) در مولکول‌ها شکسته شده و باعث تولید مولکول‌های کوچک‌تر مانند آلکان‌ها (مثلاً متان CH₄)، آلکن‌ها (مثلاً اتیلن C₂H₄) می‌شود. این شکستن زنجیره‌های کربنی، ترکیبات ساده‌تری ایجاد می‌کند که قابلیت استفاده به عنوان سوخت یا ماده اولیه شیمیایی را دارند.

مرحله بعدی شامل واکنش‌های تشکیل و بازآرایی رادیکال‌هاست. رادیکال‌های آزاد تشکیل‌شده واکنش‌های زنجیره‌ای را آغاز می‌کنند که منجر به ترکیب مجدد رادیکال‌ها و تولید مولکول‌های پایدارتر می‌شود. این واکنش‌ها باعث تولید گازهای سبک مانند هیدروژن (H₂)، متان (CH₄)، کربن مونوکسید (CO) و کربن دی‌اکسید  (CO₂) می‌شوند که می‌توانند به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرند. در نهایت، بخشی از مواد کربنی به صورت جامد باقی می‌ماند که تبدیل به بیوچار(کربن سیاه) می‌شود. علاوه بر این، ترکیبات فرار تولید شده در طول فرآیند پس از سرد شدن تبدیل به روغن پیرولیز می‌شوند که شامل انواع فنول‌ها، اسیدهای آلی، کتون‌ها و هیدروکربن‌ها است. این روغن می‌تواند به عنوان سوخت یا ماده اولیه در صنایع شیمیایی کاربرد داشته باشد.

دستگاه‌های پیرولیز از نظر نحوه کارکرد به سه دسته اصلی ناپیوسته، نیمه‌پیوسته و پیوسته تقسیم می‌شوند. در سیستم‌های ناپیوسته(Batch)  فرآیند به صورت مرحله‌ای انجام می‌شود. ابتدا مقدار مشخصی از مواد اولیه مانند پلاستیک یا لاستیک وارد راکتور می‌شود، سپس راکتور بسته شده و عملیات حرارت‌دهی آغاز می‌گردد. پس از تکمیل فرآیند، محصولات شامل روغن پیرولیز، گاز و کربن بلک جمع‌آوری شده و پسماند باقی‌مانده از راکتور تخلیه می‌شود. این چرخه برای هر بار تولید باید به طور کامل تکرار گردد، بنابراین بین هر بار کارکرد توقف وجود دارد. ویژگی اصلی این نوع دستگاه سادگی طراحی، هزینه اولیه پایین و قابلیت استفاده در واحدهای کوچک است، اما بهره‌وری کمتر، مصرف انرژی بالاتر و زمان‌بر بودن از محدودیت‌های آن به شمار می‌رود. در سیستم‌های نیمه‌پیوسته یا     (Semi-Continuous)  تلاش شده است این محدودیت‌ها کاهش یابد. در این روش بارگذاری مواد اولیه می‌تواند در چند مرحله انجام شود و تخلیه محصولات با وقفه‌های کمتر نسبت به سیستم ناپیوسته صورت می‌گیرد. به همین دلیل زمان توقف کمتر است و راندمان تولید بالاتر خواهد بود. این نوع سیستم بیشتر برای واحدهایی با ظرفیت متوسط کاربرد دارد و از نظر سرمایه‌گذاری و کارایی حد میانی بین دو روش دیگر محسوب می‌شود. در نهایت دستگاه‌های پیوسته یا (Continuous) برای تولید در مقیاس صنعتی و ظرفیت‌های بالا طراحی شده‌اند. در این سیستم مواد اولیه به طور مداوم و بی‌وقفه وارد راکتور می‌شوند و همزمان محصولات و پسماندها نیز خارج می‌گردند، بنابراین فرآیند می‌تواند بدون توقف و در ۲۴ ساعت شبانه‌روز ادامه یابد. مزیت اصلی این روش راندمان بالا، تولید یکنواخت و صرفه‌جویی در هزینه‌های عملیاتی است، اما از نظر فناوری پیچیده‌تر بوده و نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری دارد. در مجموع می‌توان گفت که تفاوت بنیادین این سه نوع دستگاه در میزان پیوستگی عملیات و جریان مواد است؛ ناپیوسته بر پایه چرخه‌های مجزا، نیمه‌پیوسته ترکیبی با توقف‌های کمتر، و پیوسته بر مبنای جریان مداوم و تولید بی‌وقفه قرار دارد.