碳热还原法是在一定温度下，一种以无机碳作为还原剂所进行的氧化还原反应的方法。该反应需要较高温度。

碳热还原法在化工、冶金行业有着广泛的应用。

在高温下用碳还原金属氧化物制取金属的方法。例如，在高温下用碳还原氧化亚铁可得金属铁：

FeO+C─→Fe+CO

其热力学依据是：金属氧化物的生成自由能变化ΔG(MO)是随温度的升高而逐渐增高（负值变小），而一氧化碳的生成自由能变化ΔG(CO)却是随温度的升高而明显降低（负值变大）,所以当温度升高到ΔG(CO)-ΔG(MO)＜0时，原来在低温下不能进行的反应变得能够进行。这种方法的优点是焦炭价廉易得，缺点是必须使用鼓风炉或电熔炉，而且许多金属会生成碳化物。

碳热还原法生产铌(production of niobium by carbon -thermal reduction method)

在真空条件下用碳将Nb2O5还原成金属铌的过程，为金属铌制取的主要工业方法之一。有碳热间接还原法和碳热直接还原法之分。前者产出的是铌条，这种铌条可直接经电子束熔炼提纯制取高纯铌锭，用作超导和高温合金材料；或将铌条加工成铌材，用于电子、化工、冶金等工业部门。后者产出的是铌粉，这种铌粉用于制造电子工业用的电容器。碳热还原生产钽的方法与铌类同。

碳热还原法是一种能降低生产成本和颗粒大小，提高产物纯度和电导率的新型制备方法。P.P.Prosini等以(NH4)2Fe(SO4)2和NH4H2PO4为原料首先合成FePO4，然后用LiI还原三价Fe，并在还原性气氛下（Ar:H2=95:5）于550℃加热1 h后合成了最终样品，其在0.1C倍率下的室温初始放电容量为140 mAh·g-1。童汇等采用碳热还原与机械球磨相结合的方法，以LiH2PO4和Fe2O3为原料，在混入一定量的碳后于无水乙醇介质中高速球磨3 h，将干燥后的前驱体在氩气保护下于750℃烧结15 h得到电化学性能良好的LiFePO4/C复合材料，产物以17 mA·g-1的电流密度充放电，初始放电容量为141.8 mAh·g-1，经80次循环后的容量仍可达137.7 mAh·g-1，容量保持率为97.1%。固相合成虽然是较成熟的制备方法，但对于合成LiFePO4仍存在许多问题。首先，反复高温烧结和研磨虽然能改善产物的均匀度，但产物颗粒较大，不利于其电化学性能的提高；此外，合成过程中需要使用大量惰性气体和还原气体，能源消耗较大，给大规模生产操作带来不便，因此，从商业化角度考虑也需要进一步改进固相法或寻找能替代固相法的合成方法。