Polttojärjestelmät ovat kemiallisia reaktioita polttoaineena poltettavan materiaalin ja hapettimissa esiintyvien kemiallisten yhdisteiden välillä, jotka siirtävät happiatomeja. Palamisen pääasiallinen tarkoitus on luoda jonkinlaista energiaa työn fyysisen tieteellisen määritelmän tuottamiseksi. Pohjimmiltaan se on tietyn määrän energian tuottamista lämmön ja tulen voimalla. Yleisiä esimerkkejä polttojärjestelmistä ovat kattilat, takat, uunit, kaasupolttimet ja muut lämmitysjärjestelmät.
Kodinkoneet ovat yksi yleisimmistä polttojärjestelmien käyttötarkoituksista. Kattilassa suljettu yksikkö täytetään vedellä tai muulla nesteellä ja lämmitetään nesteen höyrystämiseksi lämmön toimittamiseksi muille laitteille. Takka, joka yleensä polttaa puuta tai kaasua, sijoitetaan arkkitehtoniseen rakenteeseen lämmitystä tai ruoanlaittoa varten. Uunit, jotka on perinteisesti suunniteltu keramiikan tai metallien valmistukseen, käyttävät polttoaineita materiaalien tai ilman lämmittämiseen. Samoin kaasupolttimet käyttävät ilman kanssa sekoitettua maakaasua tai propaania liekin tuottamiseksi, jota voidaan käyttää aineiden kypsentämiseen tai polttamiseen.
Näissä järjestelmissä käytetään useita erityyppisiä palamistekniikoita, joista jokainen vaatii eri polttoainetasoja ja hapettimia. Täydellinen polttaminen polttaa polttoaineen, yleensä hiilivedyn, ja tuottaa hyvin vähän toissijaista materiaalia. Pyrolyysi tai epätäydellinen palaminen tapahtuu, kun hapettinta ei ole helposti saatavilla tai rajoitettu, mikä aiheuttaa palamisjärjestelmän osittaisen sammutuksen. Matalassa lämpötilassa tapahtuvaa palamista ilman liekkiä kutsutaan palamiseksi, kuten palanut nuotio. Taajuuden vastakkaisessa päässä nopea palaminen on tilanne, jossa lämpöä ja valoa syntyy hyvin nopeasti, kuten termobaaristen aseiden, kuten bunkkeripuristimien, tapauksessa.
Polttojärjestelmissä voidaan käyttää kahta erityyppistä polttoainetta: nesteitä tai kiintoaineita. Nesteiden tapauksessa palaminen tapahtuu kaasufaasin aikana. Neste kuumennetaan kaasuksi, joka syttyy palamaan sekoitettuna hapettimien kanssa. Kiinteät polttoaineet tarvitsevat kolme eri vaihetta toimiakseen onnistuneesti. Polttoaine on esilämmitettävä, minkä jälkeen syntyy kaasuja, jotka palavat ja lopulta kiinteä polttoaine muuttuu hiileksi.
Ehkä yleisin polttojärjestelmien muoto on moottori. Tämä on suunniteltu kahdessa eri muodossa: polttomoottori ja polttomoottori. Polttomoottorit sisältävät kammion, jossa polttoaine ja hapetin sekoitetaan energian tuottamiseksi. Ulkopolttomoottorit sisältävät nesteen lämmittämisen lämmönvaihtimen kautta, mikä tuottaa käyttökelpoista työtä.