化学氧化法应用已久，原理是用氧化剂在适当的条件下将废硫酸中的有机杂质氧化分解，使其转变为二氧化碳、水、氮的氧化物，再从硫酸中分离出去，从而使废硫酸净化回收。常用的氧化剂有过氧化氢、硝酸、高氯酸、次氯酸、硝酸盐和臭氧等。每种氧化剂都有其优点和局限性。硫酸在高浓度[w（H2SO4）为97%～98%]和高温条件下也具有较强的氧化性，它可以将有机物较为彻底地氧化。这种方法由于硫酸浓度和温度太高，有大量的酸雾产生，会造成环境污染，同时还要消耗一定量的硫酸，使硫酸收率降低、生产成本高，因此其应用受到很大限制，一般需与其他工艺配合使用。国内有部分企业采用该工艺处理蒽醌类废硫酸、染料废硫酸和含酚废硫酸。