于杂质含量高而不能采用浓缩工艺回收的高浓度废硫酸，可将其热分解为含SO2或SO3气体，然后生产硫酸。高温裂解可分为高温还原分解工艺、高温非还原分解工艺和废硫酸掺烧工艺。高温裂解法工艺成熟、可靠，是清洁、彻底的废硫酸处理方法，其废硫酸处理量大，并可处理废硫酸铵。该法可直接生产w（H2SO4）98%硫酸或发烟硫酸，这一优点是浓缩法无法比拟的。高温裂解法的缺点是投资大、能耗高；另外，由于废硫酸中的F-、Cl-及金属离子（特别是Na+）容易造成设备和管道的腐蚀及堵塞，因此高温裂解法不太适合处理氟、氯及金属盐含量很高的废硫酸。

化学氧化法应用已久，原理是用氧化剂在适当的条件下将废硫酸中的有机杂质氧化分解，使其转变为二氧化碳、水、氮的氧化物，再从硫酸中分离出去，从而使废硫酸净化回收。常用的氧化剂有过氧化氢、硝酸、高氯酸、次氯酸、硝酸盐和臭氧等。每种氧化剂都有其优点和局限性。硫酸在高浓度[w（H2SO4）为97%～98%]和高温条件下也具有较强的氧化性，它可以将有机物较为彻底地氧化。这种方法由于硫酸浓度和温度太高，有大量的酸雾产生，会造成环境污染，同时还要消耗一定量的硫酸，使硫酸收率降低、生产成本高，因此其应用受到很大限制，一般需与其他工艺配合使用。国内有部分企业采用该工艺处理蒽醌类废硫酸、染料废硫酸和含酚废硫酸。