污泥焚烧（sludge incineration ）是污泥处理的一种工艺。它利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥，再用高温氧化污泥中的有机物，使污泥成为少量灰烬。
其方法：（1）完全燃烧法
能将污泥中的水分和有机杂质全部去除，杀灭一切病原体，并能最大限度地降低污泥体积。
焚烧污泥的装置有多种型式，如竖式多级焚烧炉、转筒式焚烧炉、流化焚烧炉、喷雾焚烧炉。目前使用较多的是竖式多级焚烧炉。炉内沿垂直方向分4～12级,每级都装水平圆板作为多层炉床，炉床上方有能转动的搅拌叶片,每分钟转动0.5～4周。污泥从炉上方投入,在上层床面上，经搅拌叶片搅动依次落到下一级床面上。通常上层炉温约300～550℃，污泥得到进一步的脱水干燥；然后到炉的中间部分，在炉内 750～1000℃温度下焚烧；在炉的底层炉温约220～330℃，用空气冷却。燃烧产生的气体进入气体净化器净化，以防止污染大气。这种焚烧炉多安装在大城市的污水处理厂。
近年来发展了高温分解法。污泥在缺氧条件下，加热到370～870℃，有机物质遇热分解为气态物质、油状液态物质和残渣。气态物质有甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氢等，液态物质有乙酸化合物和甲醇类等，固态残渣最后成为含碳2～15％的灰分。分解时间约25分钟。
（2）不完全燃烧法
利用水中有机杂质在高压、高温下可被氧化的性质，在装置内的适宜条件下，去除污泥中有机物。
利用水中有机杂质在高压、高温下可被氧化的性质，在装置内的适宜条件下，去除污泥中有机物，通常又称湿式氧化、湿法燃烧。这种方法除适用于处理含大量有机物的污泥外，也适用于处理高浓度的有机废水。
未经干化的污泥含有大量水分，在常压下温度只能升到100℃，加压则可获得氧化所需要的温度,加压又能降低有机物的氧化温度。例如在压力100千克力／厘米2左右，温度250～300℃湿烧一小时的条件下，处理城市污水所产生的污泥,化学需氧量(COD)去除率为70～80％，不溶性挥发固体去除率为80～90％。
这种方法的优点是可以不经污泥脱水等过程就能有效地处理湿污泥或高浓度有机废水，耗热量小；处理后污泥残渣的脱水性能好，一般可不加混凝剂即可进行真空过滤，而滤渣含水率仅为50％左右；又因处理是在密闭的容器中进行的,基本上不产生臭味、粉尘和煤烟;处理后的残余物中的病原体已经杀灭；分离水易于生物处理。 焚烧后余灰可作为资源重复利用。如果仍含有重金属离子等有毒物质，还须做最终处理，深埋或投弃海洋。
焚烧法所需设备庞大，基建投资大，管理要求高。