通过直接或间接加热，将污染土壤加热至一定温度，通过控制系统温度和加热时间有选择地促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。可处理挥发及半挥发有机污染物（如石油烃、农药、多环芳烃、多氯联苯）和汞；原位热脱附可以用于渗透性相对较低的土壤；设备系统复杂，操作运行难度高；能耗大，成本高。