導熱油的主要化學組成為碳和氫，碳氫化合物與氧接觸會發生氧化反應，生成氧化產物。導熱油的化學成分及其與氧接觸的條件，例如某種化學成分的氧化安定性和與氧接觸時的溫度等，決定了二者發生氧化反應的速率。幾乎所有的導熱油與空氣或氧化劑接觸都會發生氧化反應，在高溫條件下會加快氧化速度。導熱油的氧化安定性、與氧氣接觸的機會和反應溫度影響氧化的速率和結果。
在操作溫度高于60℃的情況下，導熱油與空氣中的氧氣接觸時會加快氧化反應的速率，使油品顏色變深、黏度增大，形成氧化降解產物（包括有機酸）和具有更高相對分子質量的縮聚產物,這些反應產物的熱穩定性明顯低于未被氧化的導熱油，會進一步加劇導熱油的裂解。
采用惰性氣體覆蓋的方法，例如采用氮氣封閉，能夠避免系統內使用的導熱油被氧化，從而延長導熱油的使用壽命。
