Термо́лиз (от термо… и греч. λύσις – разложение, распад), расщепление одной или более ковалентных связей в молекуле химического соединения при тепловом воздействии в отсутствие катализатора, приводящее к образованию свободных радикалов, ионов, атомов или других молекул. Термолизу подвергается любое химическое соединение при определённой температуре (из известных соединений наиболее высокая температура термического разложения у оксида углерода – около 3870 °C). Термолиз используется в химическом синтезе (например, для получения оксидов металлов из термически нестабильных солей или гидроксидов этих металлов), происходит при многих промышленно важных процессах (термическом крекинге углеводородов, термической деструкции полимеров и др.). Высокотемпературное разложение органических соединений часто называют пиролизом.