可燃物在催化燃烧设备作用下燃烧。与直接燃烧相比，催化燃烧设备温度较低，燃烧比较完全。催化燃烧所用的催化剂为具有大比表面的***和金属氧化物多组分物质。例如家用负载Pd或稀土化合物的催化燃气灶，可减少尾气中CO含量，提高热效率。负载0.2%pt的氧化铝催化剂，在500℃下，可将大多数有机化合物燃烧。催化燃烧设备为无焰燃烧，因此适用于安全性要求高的场合，如以H2和O2为原料的燃料电池、用酒精为原料的怀炉(催化剂为浸Pt石棉)等。如消除化工厂NOx的烟雾，可加燃料到烟雾中，通过负载型铂和钯催化剂，催化燃烧使NOx转化为N2气。
①可以降低有机废气的起始燃烧温度。例如甲醛在以氧化铝为载体的Pt催化剂的作用下,室温下就开始燃烧,而直接燃烧法起始燃烧点通常为300～600℃。②燃烧不受碳氢化合物浓度的限制。③催化燃烧设备基本上不会造成二次污染。④催化燃烧设备较简单，***少。催化燃烧法存在的主要问题是催化剂易***和不耐高温。易使催化剂***的物质有焦油、油烟、粉尘、铅化合物和硫、磷、卤族元素的化合物等。为了保持催化燃烧设备的活性，一般都采用前处理的办法，预先除掉***物质。近几年来，含稀土元素的钙钛矿结构的复合氧化物催化剂的研制在提高耐高温性能等方面有所进展。中国研制的稀土元素催化剂已用于有机废气的治理。
直接燃烧法所用的燃烧设备可以是工业用和民用燃烧炉，如锅炉或家庭炉灶；也可以是
专用的火炬燃烧器。当将尾气作为民用炉灶燃料时，必须配置尾气气柜，以保持尾气产生量与处理量之间的平衡。当采用火炬燃烧器处理有机废气时，火炬燃烧器应专门设计，以保证在有机废气气量或有机物发生波动时，火炬燃烧器都能将废气中有机物基本燃烧完全。