催化燃烧装置原理是在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，达到废气处理的目的。催化燃烧过程是在催化燃烧装置中进行的。有机废气先通过热交换器预热到200～400℃，再进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水。  

根据吸附（效率高）和催化燃烧（节能）两个基本原理设计，在治理大风量低浓度有机废气时通常采用吸附-脱附-催化燃烧系统，先将有机废气用活性炭吸附，当快达到饱和时停止吸附，然后用热气流将有机物从活性炭上脱附下来使活性炭再生，此时脱附下来的有机物已被浓缩（浓度较原来提高几十倍）并送往催化燃烧室内进行催化燃烧，燃烧后的洁净气体通过烟囱排出。  

在催化燃烧装置燃烧后的气体一部分排入大气，一部分作为脱附用的热气流被送往吸附床，用于活性炭再生。这样可满足燃烧和脱附所需的热能，达到节能的目的，再生后的活性炭可在下次吸附时继续使用。在废气处理中通常使用2个以上的碳箱，所以脱附过程仅发生在一个碳箱内，吸附过程可在其余的碳箱中进行，这种设计既适合连续操作，也适合间歇操作。