生物質熱解是由熱量傳遞所驅動的熱化學反應過程，熱量從外部傳遞給生物燃料顆粒表面，溫度升高導致自由水分蒸發和不穩定成分發生裂解，分解成碳和揮發分。
隨著熱量傳遞，熱解過程由外至內逐層逐步進行，一次裂解反應生成碳，一次生成熱解油不可凝氣體，這里的進一步裂解被稱為二次裂解。二次反應的熱效應又改變了顆粒的溫度，從而繼續引導裂解的發生。
1、纖維素熱解
纖維素是固體生物燃料主要的組成部分之一，結構相對簡單且容易獲得，因此被廣泛應用于生物燃料。纖維素是具有飽和多糖結構的典型碳水化合物，熱穩定性很低，在較低溫度下就會開始裂解。
2、木質素熱解
木質素熱穩定性最好，一般認為木質素熱解過程遵循的是自由基反應機理，在常規熱解條件下鍵斷裂導致了自由基的生成。木質素的一次熱解一般發生在熱軟化溫度200℃，隨著溫度的升高，木質素中大分子化合物通過自由基反應首先斷裂成低分子碎片。