當導熱油的溫度高于60℃時，會與空氣中的氧氣反應生成氧化降解產(chǎn)物（包括有機酸）和具有更高相對分子質(zhì)量的縮聚產(chǎn)物，這些反應產(chǎn)物具有比未被氧化導熱油更低的穩(wěn)定性，并會起到增大導熱油黏度、加劇裂解的作用。采用氮氣或惰性氣體封閉覆蓋的方法能夠避免系統(tǒng)內(nèi)使用的導熱油被氧化。

導熱油在高溫使用過程中，由于氧原子的襲擊會使其發(fā)生氧化降解。反應初期的主要產(chǎn)物是由氫過氧化物在適當條件下分解成活性自由基，該自由基又與大分子烴或氧反應生成新的自由基，這樣周而復始地循環(huán)，使氧化反應按自由基鏈式歷程進行。

溫度越高，導熱油氧化變質(zhì)的速度越快。在導熱油中添加抗氧劑，就是為了捕捉鏈反應階段形成的自由基，使它們不致引起有破壞作用的鏈式反應。