燃烧室是RTO的重要组成部分，其设计优劣直接决定了RTO的处理效率和达标情况，燃烧室的结构和尺寸大小受制于燃烧温度、停留时间及废气流量等因素。燃烧室的内衬材料一般为陶瓷纤维等耐火绝热材料，可以承受短时 1200℃的高温。
燃烧温度主要指燃烧室可能达到的温度，除了和废气的成分、性质及其含量相关外，还与废气进出燃烧室所带的热焓、废气污染物的燃烧热值以及燃烧室内外的传热过程等有关，燃烧温度一般在 760℃～980℃之间。
为使有机废气燃烧获得很高的处理效率，要求有机废气在燃烧室内保持一个最低的停留时间，通常是 0.3～1.0s 之间，可保证一般工况下的VOCs基本处理殆尽。理论上，若燃烧室温度越高、停留时间越长，则有机废气的处理效率越高。但若是延长停留时间以提高净化率，燃烧室容积就要随之增加。从净化效果方面考虑结合实际操作，建议有机废气的滞留时间一般不小于 0.75s，当然，有机化工的涉VOCs废气在RTO的停留时间需要设计更长一些。有机废气燃烧室内驻留时间可按公式如下得出：
