Perawatan termal paling sering merupakan istilah yang mengacu pada metode pengolahan limbah yang tidak dapat didaur ulang kembali ke sektor produk konsumen. Dengan menerapkan panas ke limbah pada tingkat tertentu, atau, pada kenyataannya, membakarnya, volume bahan yang tidak dapat dipulihkan berkurang secara dramatis dan bahan yang mudah terbakar dibakar untuk menghasilkan energi listrik dari limbah menjadi energi. Bidang terkait perlakuan termal adalah pengolahan tanah atau air tanah yang terkontaminasi untuk menghilangkan polutan. Tujuan utama dari perawatan tersebut adalah untuk memisahkan hidrokarbon dan senyawa organik lainnya dari bahan anorganik seperti logam berat dan garam logam. Beberapa industri yang mengandalkan perlakuan termal untuk efisiensi ekonomi dan kepatuhan terhadap undang-undang lingkungan adalah sektor pengelolaan limbah kota, kiln semen, dan industri depolimerisasi termal (TDP) yang muncul yang menghasilkan minyak mentah dari limbah.
Pengelolaan sampah melalui pengolahan termal tidak selalu merupakan proses tahap akhir untuk sampah. Dalam beberapa kasus, proses menghasilkan senyawa limbah yang sesuai dengan hukum lingkungan dan dapat dibuang di tempat pembuangan sampah. Dalam situasi di mana sejumlah besar senyawa logam berat diproduksi, bahan-bahan ini harus diproses lebih lanjut atau dikirim ke fasilitas yang dapat menggunakan limbah tersebut dalam beberapa jenis produksi industri. Namun, biaya untuk mengolah limbah dengan metode termal dianggap cukup rendah, dan sebagian besar merupakan faktor biaya tenaga kerja.
Ada dua jenis utama pengolahan termal untuk limbah pada tahun 2011. Insinerasi digunakan di tanur semen pada suhu 2,552° hingga 2,732° Fahrenheit (1,400° hingga 1,500° Celcius), di mana senyawa hidrokarbon dihancurkan atau dibakar untuk bahan bakar, dan juga diterapkan pada bentuk-bentuk limbah biologis yang berbahaya seperti yang dihasilkan di bidang medis. Pendekatan lain untuk insinerasi termasuk pirolisis yang melibatkan pemecahan senyawa organik tanpa kehadiran oksigen, dan gasifikasi yang mereaksikan senyawa yang sama dengan oksigen dan uap untuk menghasilkan syngas, bahan bakar yang sebagian besar terdiri dari karbon monoksida dan hidrogen.
Desorpsi termal adalah metode kedua dari perlakuan termal yang tersedia pada 2011, di mana senyawa diuapkan tetapi tidak dibakar. Metodologi ini dapat digunakan untuk mengolah air dan tanah yang tercemar di lokasi, untuk menghilangkan senyawa organik yang mudah menguap yang diuapkan, dan dikumpulkan untuk digunakan atau dibuang lebih lanjut. Pengolahan tanah atau air dengan cara ini dilakukan melalui berbagai metode, termasuk hambatan listrik dan pemanasan frekuensi radio atau injeksi senyawa panas seperti udara, air, atau uap. Tanah dan air yang memiliki tingkat kontaminasi ekstrim seperti dari limbah radioaktif diperlakukan melalui proses desorpsi termal yang dikenal sebagai vitrifikasi, di mana bahan direformasi menjadi sejenis kaca yang menghilangkan senyawa organik dan menjebak logam dan radionuklida. Vitrifikasi adalah proses yang mahal, namun harus dilakukan pada suhu 2,912° hingga 3,632° Fahrenheit (1,600° hingga 2,000° Celcius).
Depolimerisasi termal adalah bentuk lain dari pengolahan termal limbah, yang menggunakan bahan baku biomassa limbah dan plastik dalam versi yang dipercepat dari proses alami yang menghasilkan bahan bakar fosil. Tekanan dan panas diterapkan pada limbah selama beberapa jam untuk memecah struktur molekul senyawa menjadi rantai hidrokarbon yang lebih sederhana. Awalnya, depolimerisasi termal membutuhkan lebih banyak energi untuk membuat bahan bakar daripada yang dapat disediakan oleh bahan bakar itu sendiri hingga tahun 1996 ketika penyempurnaan dalam proses membuatnya layak secara ekonomi.
Diperkirakan, pada tahun 2007, setidaknya 3,198,916 ton sampah kota (MSW) diubah menjadi energi setiap tahun oleh tiga perusahaan barat teratas di lapangan. Ini hanyalah jumlah yang sangat kecil dari limbah padat yang benar-benar dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun, namun, dengan China saja yang memproduksi sekitar 211,000,000 ton MSW pada tahun 2007 saja. Jepang diperkirakan memimpin dunia pada tahun 2007 dalam perlakuan termal MSW, di mana lebih dari 40,000,000 ton diproses. Kelemahan utama dari perlakuan termal adalah bahwa, meskipun kontrol ketat, proses menghasilkan sejumlah besar polutan udara yang sangat beracun, seperti senyawa dioksin, merkuri, dan karbon monoksida.