延迟焦化过程的反应机理复杂，无法定量地确定所有化学反应。但是，可以认为在延迟焦化过程中，渣油热转化反应是分三步进行的：
(1)原料油进入加热炉在很短时间内被加热至450～510℃。少部分原料油气化发生轻度的缓和裂化。
(2)从加热炉出来的，已经部分裂化的原料油进入焦炭塔。根据焦炭塔内的工艺条件，塔内物流为气一液相混合物，油气在塔内继续发生裂化。
(3)焦炭塔内的液相重质烃，在塔内的温度、时问条件下持续发生裂化、缩合反应直至生成烃类蒸气和焦炭为止。