煤在隔绝空气条件下加热时，煤的有机质随温度升高发生一系列变化，形成气态（煤气）、液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。通常，煤的热分解过程大致分为三个阶段。

第一阶段为干燥脱气阶段，煤经历从室温到热分解温度。这一阶段煤的外形基本无变化。褐煤在200℃以上发生脱羧基反应，约300℃开始热解反应；烟煤和无烟煤在这一温度范围一般不发生变化。脱水主要发生在120℃前，CH 4 、CO 2 和N 2 等气体的脱除大致在200℃完成。

第二阶段，约600℃。这一阶段以解聚和分解反应为主。生成和排出大量挥发物（煤气和焦油），在450℃左右排出的焦油量最大，在450～600℃气体析出量最多。煤气成分主要包括气态烃和CO 2 、CO等，有较高的热值；焦油主要是成分复杂的芳香和稠环芳香化合物。烟煤约350℃开始软化，随后是熔融、黏结，到600℃结成半焦。半焦与原煤相比，一部分物理指标如芳香层片的平均尺寸和氦密度等变化不大，这表明半焦生成过程中缩聚反应还不太明显。烟煤（尤其是中等变质程度烟煤）在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到固化，出现了一系列特殊现象，并形成气、液、固三相共存的胶质体。液相中有液晶（中间相）存在。胶质体的数量和质量决定了煤的黏结性和成焦性的好坏。

第三阶段，600～1000℃。在这一阶段，半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是煤气，故又称二次脱气阶段。煤气主要成分是H 2 和少量CH 4 。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹，形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。如果最终温度提高到1500℃以上则为石墨化阶段，用于生产石墨碳素制品。