当常温空气由换向阀切换进入蓄热室后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。
简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。
要注意的是，蓄热燃烧，蓄热室必须是成对的，其中一个用来加热空气，而另一个被烟气加热。经过一个周期后，加热空气的蓄热室降温，而被烟气加热的蓄热室却升高温度，这样，通过换向阀，使两个蓄热室作用交换，这时原来是排烟口的，现在变成了烧嘴，而原来是烧嘴的，现在变成了排烟口。
高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，即实现了极限余热回收；(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧，避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NOx的大量生成。因此，这项技术在实际应用中，产生了显著的经济效益和社会效益。