열플라즈마는 수천 도에서 만 도 이상에 이르는 높은 온도를 바탕으로 나노물질의 합성과 폐기물의 고도 처리와 같은 분야에 이용되고 있다. 열플라즈마를 발생시키는 장치인 플라즈마 토치는 전기에너지를 이용하여 출력의 제어가 자유롭고 다양한 방전기체를 적용할 수 있기 때문에, 전통적인 방법으로는 어려운 새로운 산업공정에 적용할 수 있다. 통상 열플라즈마를 이용하여 원료물질을 완전 기화시킨 다음 응축하여 합성된 나노물질의 크기는 수 nm에서 100 nm 내외의 크기를 가지며, 냉각과정의 제어를 통해 결정성 및 크기의 제어가 가능하다. 열플라즈마를 이용한 폐기물 공정은 기본적으로 재래식 연소에 비해 높은 온도에서 이루어지므로 다이옥신과 같은 유해 물질의 제어가 가능하며, 과불화탄소와 같은 난분해성 온실기체를 높은 파괴율로 처리하기에도 유리하다. 전통적으로 열플라즈마는 용접과 절단, 세라믹 물질을 사용한 열장벽 코팅, 제철 및 제련과 같은 분야에 널리 사용되어 왔다. 최근 열플라즈마를 이용한 기능성 나노물질의 합성과 난분해성 온실기체의 분해 및 메탄변환을 통한 수소생산 등에 활용하고자 하는 연구가 주를 이루고 있다.