第一階段，125℃，熱失控開始階段。SEI膜反應分解，SEI的分解使負極暴露在電解液中，促使電解液與負極中的鋰反應并生成氣體。
圖片來源：黃沛豐，鋰離子電池火災危險性及熱失控臨街條件研究
第二階段，125~180℃，電池內部氣體釋放和升溫加速。該階段產氣速率加快，正極材料分解，如：LiCoO2分解產生O2。鋰鹽也會分解，如LiPF6分解生成LiF和路易斯酸PF5。而路易斯酸會在高溫下與電解液反應產生大量的氣體。
第三階段，180℃以上，熱失控發生。該階段正/負電極材料與電解液之間的放熱反應和電解液分解反應速率急劇增大，電池內部溫度也相應的急劇升高，泄壓閥打開或引發自燃。
也有研究者將熱失控細分為如下范圍：
