天然气热裂解过程较复杂，实际过程中还伴有歧化、芳构化、合成等多种副反应。天然气热裂解通过利用各反应在不同温度、压力条件下的速度差别，控制适当的反应条件（温度、压力、反应时间），调节热裂解最终的裂解气组成而获得需要的产物。例如用甲烷在常压、低压下在1400～1500℃裂解，反应时间控制在0.01秒以下，有28%（质量分数）的甲烷转化为乙炔，乙烯则仅微量；1100～1300℃裂解甲烷时，则有一定数量的乙烯生成。

天然气热裂解主要用于制取乙炔或完全裂解制取炭黑。丙烷、丁烷可加入天然气裂解炉作为裂解生产乙炔的辅助原料，或单独裂解生产乙炔，同时副产一定量的乙烯。热裂解法炭黑（又称热裂黑）是将天然气在隔绝空气的条件下加热到1300℃，在反应器中裂解成碳和氢。该气态固态混合物经喷射水冷却，炭粒通过袋滤器分离出来，得到由大量粒径为150～500纳米的球形和椭圆形炭粒子组成的热裂黑。与采用其他方法制备的炭黑相比，热裂黑是粒径最大的，不熔结或聚结成聚集体，其表面含氧量也很少，具有粒径大、比表面积小、结构低、容易分散、流动性好、高填充量等特点。因其表面活性低，故也称为非补强性炭黑，是一种在轮胎气密层、胶管、胶带、油封、氟胶制品中应用较为广泛的炭黑品种之一。热裂黑主要有三个品种：中热裂黑、不污染的中热裂黑和细热裂黑。