在外部加热时，所有锂离子电池都会出现热失控释放烟雾和气体。关于大约一半的工作电芯，在热失控后约15秒内，积聚在烘箱中的气体被点燃导致气体爆炸，并伴随着重要的烟气释放过程。无论是否曾经循环过的电芯，并没有影响气体爆炸的发生，它们发生在0-300个全深循环的所有循环老化水平。
与其他类型的电池相比，锂离子电池发热较大，其气体排放，爆炸、起火的风险更高。这些风险还远远没有被充分理解，而通过研究和事故分析是有可能提高系统安全性的。风险的类型和严重程度取决于不同的应用和电池系统的大小。由于电池和模块故障的可传播性，随着电池系统尺寸的新增，故障后果可能会显著新增。
钴酸锂离子电池热失控温度最高，可达850摄氏度；镍钴锰三元锂离子电池次之，可达670摄氏度；磷酸铁锂离子电池没有明显的热失控热性，最高温度约400摄氏度。热失控过程的动力性很明显取决于锂离子电池的能量，钴酸锂离子电池比能量最高，温度变化、气体排出也最剧烈。
热失控的因素很多，总的来说分为两类，内部因素和外部因素。内部因素重要是：电池生产缺陷导致内短路；电池使用不当，导致内部出现锂枝晶引发正负极短路。外部因素重要是：挤压和针刺等外部因素导致锂离子电池发生短路；电池外部短路造成电池内部热量累积过快；外部温度过高导致SEI膜和正极材料等发生分解。
