Verbrennung, definiert als schnelle Oxidation eines Stoffes, begleitet von einer hohen Temperatur und normalerweise einer Flamme, kann je nach den für die Reaktion verfügbaren Materialien eine Reihe verschiedener Produkte erzeugen. Die Produkte der sauberen Verbrennung zwischen einem Kohlenwasserstoff und Sauerstoff sind Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und Energie. Bei unvollständiger, verschmutzter oder teilweiser Verbrennung können außerdem Kohlenmonoxid (CO), freier Kohlenstoff oder Ruß, Stickoxide, Blausäure (HCN) und Ammoniak (NH3) entstehen.
Zu den Verbrennungsprodukten der sauberen Verbrennung zählen CO2, H2O und Energie. Bei dieser Reaktionsart entstehen keine anderen Gase oder Feststoffpartikel als Verbrennungsprodukte. Die folgende ausgewogene Reaktion ist die von Propan, einem Alkan, das mit Sauerstoff reagiert:
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
Wenn eine Verbrennungsreaktion in einer sauerstoffarmen Umgebung stattfindet, können verschiedene Verbrennungsprodukte hergestellt werden. Freier Kohlenstoff, besser bekannt als Ruß, und Kohlenmonoxid werden zusammen mit CO2, H2O und Energie produziert. Die Bildung von Ruß als Verbrennungsprodukt ist der Grund, warum unvollständige Verbrennung auch als schmutzige Verbrennung bezeichnet wird. In der chemischen Industrie verbrennen Vergaser brennbare Materialien in sauerstoffarmen Umgebungen, um Synthesegas zu erzeugen, das aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Außerhalb der chemischen Industrie kommt es häufig in Verbrennungsmotoren und schlecht belüfteten Öfen zu unvollständiger Verbrennung.
Sauerstoff aus der Luft ist die häufigste Sauerstoffquelle für die meisten Verbrennungsreaktionen. Luft besteht jedoch hauptsächlich aus Stickstoff, und während der Verbrennung ist Stickstoff in der Lage, eine Reihe seiner eigenen Verbrennungsprodukte zu produzieren. Stickoxidgase, oft auch als NOX-Gase bezeichnet, können bei einer Verbrennungsreaktion gebildet werden. Das am häufigsten vorkommende NOX-Gas ist das giftige Stickstoffdioxid (NO2). Auch Ammoniak (NH3) und die tödliche Blausäure (HCN) können gebildet werden.
Halogene, Schwefel und Phosphor können auch ihre eigenen Verbrennungsprodukte erzeugen. Halogene wie Chlor können mit radikalischem Wasserstoff reagieren, um Chemikalien wie Chlorwasserstoff (HCl) zu bilden. Schwefel kann die giftigen und übelriechenden Chemikalien Schwefeldioxid (SO2) und Schwefelwasserstoff (H2) produzieren. Wenn Phosphor in einer Verbrennungsreaktion vorhanden ist, entsteht Phosphorpentoxid (P2O5) als weißer Feststoffpartikel.
Die Tendenz eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffs, saubere oder schmutzige Verbrennungsprodukte zu bevorzugen, kann abgeschätzt werden, indem das Wärmeabgabepotential der Reaktion und die zum Initiieren der Reaktion erforderliche Energie untersucht werden. Eine Erhöhung des Wärmeabgabepotentials erhöht die Neigung des Brennstoffs, einer unvollständigen Verbrennung zu unterliegen. Propan, das nicht viel Energie benötigt, um die Verbrennung einzuleiten, neigt dazu, sauber zu verbrennen. Aromatische Verbindungen wie Benzol und Toluol hingegen neigen dazu, beim Verbrennen viel Ruß zu produzieren.