一般燃燒指的是可燃物與空氣中的氧氣結合的過程，而化學迴圈(CL)的基本概念，就是在不與空氣接觸的狀況下，使用金屬氧化物作為氧氣載體（載氧體），只讓氧氣參與反應，分別進行氧化與還原反應，形成循環，排除空氣中雜質所造成的影響。化學迴圈是受到蒸汽-鐵法（利用鐵與水蒸氣製造氫氣）啟發，在1990年代提出的概念，當時所著眼的是在火力發電時避免氮氧化物(NOₓ)產生，今日則是在脫碳潮流之下再度受到矚目。化學迴圈可以應用在CCU（碳捕集與利用）的第一階段—CO₂捕集。發電廠與工廠所排放的廢氣中含有氮氣，想要單獨分離出CO₂，就需要消耗能源。若能利用化學迴圈技術來進行燃燒，就不會受到氮氣的影響，可以捕捉到高純度的CO₂。大阪瓦斯目前已經在酉島事業所著手進行實證實驗，利用生質燃料同時產生CO₂、電力與氫氣。
CCU的第二階段—CO₂利用，也可以運用化學迴圈技術。由於CO₂性質穩定，不容易與其他物質發生反應，因此通常會先將其轉換成CO再加以利用。積水化學利用逆向水煤氣變換反應（氫氣與CO₂反應產生CO），結合化學迴圈技術，達成90%的高轉化率，目前正在茨城縣的廢棄物處理設施興建試驗工廠。化學迴圈的核心技術在於其氧氣載體（載氧體），傳統載氧體通常會添加釔等稀土元素，彌補活性降低的問題，容易受到地緣政治風險影響。東京科學大學發現可以鐵取代型鈦酸鈣替代稀土類材料，目前正與積極投入CCU的三菱電機合作，力求推廣應用。
新創公司Rhinoflux則正在挑戰讓化學迴圈技術改頭換面。其技術與一般化學迴圈不同，雖然同樣採用「氧化還原循環」的概念，但其原理是將燃料溶解在釩電解液中，以氧化還原液流電池的方式發電，不會在高溫下放熱。目前著眼於含水量高、不適合燃燒的食品殘渣與污水污泥，致力於「非燃燒式生質能發電廠」的商業化。