Dekomposisi termal, atau termolisis, adalah suatu dekomposisi kimiawi yang disebabkan oleh panas. Suhu dekomposisi suatu zat adalah suhu ketika zat tersebut terdekomposisi secara kimiawi.
Reaksi dalam dekomposisi termal biasanya bersifat endotermik karena panas diperlukan untuk memecah ikatan kimia dalam senyawa yang mengalami dekomposisi. Jika dekomposisi cukup eksotermik, lingkaran balikan positif tercipta menghasilkan pelarian termal dan mungkin menyebabkan terjadinya ledakan.
Ketika logam berada dekat bagian bawah deret reaktivitas, senyawa tersebut secara umum terurai dengan mudah pada suhu tinggi. Hal ini dikarenakan ikatan kuat yang terbentuk antara tiap atomnya menuju bagian atas deret tersebut, serta ikatan kuat tidak mudah terpecah.[8] Misalnya, tembaga berada dekat bagian bawah deret reaktivitas, dan tembaga(II) sulfat (CuSO4), mulai terurai pada suhu sekitar 200 °C, bertambah cepat pada suhu yang lebih tinggi hingga sekitar 560 °C. Sebaliknya, kalium yang berada di bagian atas deret tersebut, serta kalium sulfat (K2SO4) tidak terurai pada titik lelehnya sekira 1069 °C, atau bahkan pada titik didihnya.