热处理是一种高效的污泥预处理技术, 污泥热处理系统不应只考虑技术层面的基础，也应该考虑所有与之相关的环境活动。污泥热水解是在 150~170 ℃，压力低于 1.25 kPa 工作条件下，将待水解污泥与 190℃饱和蒸汽在密闭压力容器中充分混合反应，使污泥中部分微生物细胞受热膨胀而破裂，释放出蛋白质、矿物质以及细胞膜碎片的技术。
符成龙等的研究表明不同污泥的热水解最佳温度范围为 170~190 ℃，反应时间为 30 min。热水解后污泥的脱水方式宜选用板框压滤，压滤后泥饼的含水率可降至 50%左右，而且压滤泥饼具有较好的自然干化效果。通过设计一种可连续运行的污泥热水解深度脱水系统（系统热水解部分采用 2 个预热罐、6 个反应罐以及一个闪蒸罐），发现处理每吨污泥能耗仅为 611MJ，是污泥热干化能耗的 40%左右；同时，处理成本不到 60 元/t，具有较高的经济适用性。通过对污泥热水解的研究，麻红磊发现污泥热水解温度保持在 150℃以上能改善污泥的脱水性能，在 180 ℃附近最为合适，污泥脱水后泥饼含水率可降至 30%。采用添加酸/碱等化学试剂辅助热水解可以在更低的温度下提升脱水效果，例如向污泥中投加 Ca(OH) 2 ，只需控制温度在 120 ℃，即可达到脱水污泥含固率 50%以上，热水解处理后脱水污泥完全满足填埋、土地利用对污泥含水率低于 60%的要求。
由于固体有机物的溶出和水解，污泥的厌氧消化性能也将得到改善，从而提高了后续厌氧消化效率，增加甲烷的产量。热水解使微生物裂解释放高分子有机物，为污泥资源化利用提供有利条件。