在一定的還原環境下，氮氧化物與烴基加一氧化碳和氫氣反應變回氮氣，這是燃料分級燃燒應用的理論基礎。

燃料分級燃燒技術分兩個階段為燃燒提供燃料。大部分燃料進入一次燃燒區，與過量空氣形成富氧燃燒區，有助于降低火焰溫度；少量燃料進入二次燃燒區，在過量空氣系數小于1.0的條件下，未充分燃燒形成還原環境，氮氧化物與烴基加一氧化碳和氫氣反應生成氮氣。

空氣分級燃燒和燃料分級燃燒都是分級擴散燃燒。目前中小型燃氣鍋爐常見的低氮改造方案是分級擴散燃燒煙氣外再循環綜合方案。