组织燃烧所需空气和燃料在燃烧行程的不同部位供入参加燃烧，实现总体抑制NOx生成的燃烧技术。分级燃烧分为空气分级和燃烧分级两种。

 空气分级燃烧是目前最为普遍的低NOx燃烧技术，空气通过分次供入燃烧区与燃料混合，在保证总体空气系数不变的基础上，使燃料经历“富燃料燃烧”和“富氧燃尽”两个阶段，以实现总体NOx排放量大幅下降的燃烧控制技术。

空气分级燃烧之所以能从总体上减少NOx排放的基本原理是：在富燃料燃烧阶段，由于氧气浓度较低，燃料的燃烧速度和温度都比正常过氧燃烧要低，从而抑制了热力型NOx的生成，同是由于不能完全燃烧，部分中间产物如HCN和NH3会将部分已生成的NOx还原成N2，从而使燃料型NOx的排放也有所减少。然后在富氧燃烧阶段，燃料燃尽，但由于此区域的温度已经降低，新生成的NOx量十分有限，因此总体上NOx的排放量明显减少。