バイオオイルは、一般に熱分解油と呼ばれ、無酸素または酸素制限条件下でバイオマスを高温熱分解（熱分解）することによって生成される主要な液体生成物である。単一の化合物ではなく、数百から数千種類の異なる有機化合物を含む極めて複雑な混合物である。

これらの化合物は主に酸素含有物質であり、酸、ケトン、アルデヒド、アルコール、フェノール、糖類、エステル、エーテル、フランなどの官能基を持つ分子を含む。これらの複雑な有機成分に加えて、バイオオイルには多量の水も含まれている。

外見的には、バイオオイルは通常、独特の燻製臭を持つ暗褐色の粘性液体として現れる。化学的には、高酸素含有量、高粘度、強酸性、従来の化石燃料に比べて低い発熱量、化学的不安定性、および一般的な金属材料に対する腐食性が特徴である。

熱分解は、有機材料（この場合はバイオマス）を完全に酸素がない、または厳密に酸素が制限された条件下で加熱し、熱分解と化学的再結合を引き起こすプロセスとして定義されます。

燃焼（豊富な酸素の存在下で起こる）やガス化（限られた酸素で行われる）とは異なり、熱分解の目的は、大きなバイオマス分子をガス、液体、固体の形でより小さな分子生成物に分解することを最大化することです。