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熱裂解（pyrolysis）又稱熱解、熱裂、高溫裂解，指有機物質於惰性氣體[1][2]下（inert atmosphere，常為幾近無氧狀態）的高溫分解[3]。此反應涉及了化學成分和物理相態的同時變化，且為不可逆反應。熱裂解另一術語為脫揮發分（devolatilization）或去揮發作用，簡稱「脫揮」。
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熱解與乾餾及烷烴的裂化反應有相似之處，同屬於熱分解反應；但由於細部的差異與專門用途的不同，因此有不同的稱呼，如乾餾、破壞蒸餾，和裂化反應。如果熱解的溫度再升高，則會發生碳化反應，所有的反應物都會轉變為碳。
熱解與燃燒和水解等其他工藝不同之處在於它通常不涉及與氧、水或任何其它試劑的反應[4] ，但是在實作上，不一定會在完全無氧的環境下進行熱裂解反應，因為任何熱解系統中都存在一些空氣（含有氧），因此會發生少量的氧化反應。此外，若着火時（如:火災）氧氣供應較少，便會發生類似熱解的反應，這也是目前研究熱解反應機理和性質的重要原因。
熱解可分為以下幾種主要類型：
熱裂解工藝被大量使用在化學工業中，熱裂解反應可用於合成化工產品，比如二氯乙烷熱裂解可生成氯乙烯（VCM）。此外，也可用於將生物質能或廢料轉化為低害或可以利用的物質，例如用此法來製取合成氣、碳煙、木醋液或生質柴油等生質燃料（生物能源）。
熱裂解也用於製造納米顆粒[6]，氧化鋯[7]，和氧化物[8]利用超聲波噴嘴的超聲噴霧熱裂解工藝（USP）。
熱裂解亦可運用於分析化學，以分析複雜化合物的結構，例如熱裂解氣相色譜-質譜法和放射性碳定年法。事實上，許多重要的化學物質，例如磷和硫酸，最初是由該方法獲得的。
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