Zur Entsorgung von dioxinhaltigen Abfällen wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Am längsten bekannt, aber auch sehr aufwendig und kostenintensiv ist die Verbrennung der Abfälle bei Temperaturen von über 1000 °C (Pyrolyse) und anschließender Einsprühung von Wassernebel, wodurch die Temperatur plötzlich unter 200 °C abgesenkt wird. Das Ergebnis ist umstritten.

Weiterhin ist es möglich, belastete Gemische durch Erhitzen mit Alkalimetallen chemisch umzuwandeln. Bei diesem Prozess laufen Reaktionen ab, die der bekannten Wurtz-Synthese entsprechen.

Bei einem anderen thermischen Prozess (Hagenmaier-Verfahren) sind dagegen wesentlich geringere Temperaturen (zwischen 300 und 500 °C) zur Zerstörung der Dioxine und Dibenzofurane ausreichend. Das Verfahren basiert auf der Entdeckung, dass die Bildung der giftigen Stoffe nur bei Anwesenheit von Sauerstoff erfolgt. Erhitzt man Flugstaub aus Müllverbrennungsanlagen - der ja Metalle und Metalloxide als Katalysatoren enthält - unter Sauerstoffausschluss, so zerfallen Dioxine und Dibenzofurane unter Umkehrung der Bildungsreaktion quantitativ innerhalb von Sekunden, was sich durch Freisetzung von Chlor bemerkbar macht:

Der Dioxinsauerstoff spielt - anders als bei der Bildungsreaktion - hierbei keine Rolle mehr, da er gebunden bleibt. Damit ist die Rückreaktion ausgeschlossen.

Bei der katalytischen Entgiftung solcher Materialien, die nicht - wie der Flugstaub - Metallstaub enthalten, wie z. B. Produktionsrückstände, setzt man Kupferpulver zu.