催化燃燒裝置的基本運行結構呈現直鏈式狀態，VOC廢氣從催化燃燒裝置的進氣口輸入到裝置內部，經過基本的過濾裝置過濾出粉塵等大顆粒物質之后，將VOC廢氣輸送到換熱室當中，與處理后將要排出的無害化廢氣進行熱交換處理，提高VOC廢氣的溫度，減少后續預熱操作的能耗量。在進行熱交換處理之后，就可以將VOC廢氣輸入到燃燒室，對VOC廢氣進行預加熱，提高其溫度，由于燃燒反應需要使用的氧氣大多情況下為VOC廢氣中本身含有的空氣，因此為了保證燃燒充分，也可以使用旁路風閥額外補充空氣，等到加熱至350℃左右，就可以將預熱好的VOC廢氣通過送風機抽送到催化室當中，與催化劑充分接觸進行催化氧化反應。因為VOC廢氣當中通常含有硫、磷和硅等元素，很容易使金屬氧化劑出現催化劑中毒現象，因此在預加熱之后的VOC廢氣需要先進行預處理，之后才可以正式輸送到催化室當中進行反應。預處理之后的VOC廢氣進入催化室并與氧化劑進行接觸的過程中，催化劑首先會將化工廢氣當中的VOC成分氧化并分解成H20和CO2。發生催化氧化反應之后生成的無害化廢氣，會被輸送到換熱器當中，與進風口處輸送進來的新VOC廢氣進行熱交換，從而實現能源合理利用的目的。催化燃燒裝置內部的風機結構在選擇時一般會選擇耐高溫型號，并且風機結構往往設置于催化燃燒裝置的下游部分，從而使上游位置能夠形成負壓狀態，避免出現氣體泄漏等問題。
現階段，催化燃燒裝置的催化氧化劑大多使用金屬鉑等貴金屬型的催化材料，其最為合適的使用溫度通常在350℃左右，而且形狀大多呈現蜂窩狀或者粉末狀。對于達到使用年限的催化劑，可以對其進行再生處理，再生之后催化劑能夠實現循環使用。與此同時，在選擇催化劑的過程中，還需要根據處理的VOC廢氣的實際組分、各含量濃度以及廢氣風量進行確認，廢氣的組分決定了催化劑的參考種類，風量和濃度則決定了催化劑的用量，以及對于催化劑可用年限的判斷。通常情況下，每種催化劑都有對應的空速比，即SV，根據相關數學分析結果，可以推算出催化劑的觸媒用量參考值，計算公式為v=Q/Ve，其中v代表催化劑的空速；Q是需要處理的廢氣量，Ve則是催化劑的實際用量。
