污泥焚烧（热分解）是指在高温（５００～１０００℃）下，污泥固形物在无氧气或者低氧气中分解成气体、焦油以及灰等残渣这三部分的过程。污泥处理的对象主要是脱水泥饼。脱水泥饼含水率仍达４５％～８６％，含水率高，体积大，可将其进行干燥处理后再焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至２０％～４０％，焚烧处理含水率为０，体积很小，便于运输和处理。用于焚烧污泥的焚烧炉型有回转型如回转式焚烧炉、多段型如立式多段炉（多段竖炉）及流化床型等。污泥焚烧与其它污泥处置方法相比具有突出的优点：焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，它可以解决其它方法中污泥要占用大量空间的缺陷，这对于日益紧张的土地资源来说很重要。焚烧后剩余污泥中的水分、有机物等被分解，只剩下很少量的无机物成为焚烧灰，因而最终需要处置的物质很少。污泥处理速度快，不需要长期储存。污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。可以回收能量用于发电和供热。