熱再生法是目前應用很廣泛、工業上很成熟的活性炭再生方法。在處理有機廢水的活性炭再生過程中，根據加熱到不同溫度時有機物的變化，一般分為干燥、高溫炭化和活化三個階段。在干燥階段，主要去除活性炭上的揮發性成分。高溫炭化階段是活性炭吸附的一部分有機物沸騰蒸發脫附，一部分有機物分解反應，產生小分子烴脫附，剩余成分留在活性炭孔中成為固定炭。這個階段，溫度會達到800~900℃。為了避免活性炭氧化，一般在抽真空或惰性氣氛下進行。在接下來的活化階段，CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體、水蒸氣等氣體，清掃活性炭的微孔，恢復吸附性能，活化階段是整個再生技術的關鍵。熱再生法具有再生效率高、應用范圍廣的特點，但在再生過程中須加入能源加熱，投資和運行費用高。