Bei Thermoölöfen dient spezielles Mineralöl der Wärmeübertragung, welches in einer Heizkesselzentrale auf bis zu 320 °C erhitzt und dann über Rohrleitungen zu den Radiatoren transportiert wird. Dabei kann eine Heizkesselzentrale mehrere Öfen gleichzeitig versorgen. Als Heizstoffe kommen Öl, Gas und selten Elektrizität zum Einsatz.
Thermoölöfen zeichnen sich durch eine gleichmäßige und „milde“ Wärmeübertragung aus. Auch bei sehr geringer Belegung des Ofens kommt es nicht zu einer Überhitzung. Die gute Wärmespeicherfähigkeit des Thermoöls sorgt dafür, dass der Ofen bei Beschickung kaum an Temperatur verliert. Dies kann auch nachteilig sein, wenn viele Produkte mit unterschiedlichen Temperaturkurven gebacken werden sollen, da es vergleichsweise lange dauert, bis eine Temperaturabsenkung im Ofen erfolgt ist. Daher sind Thermoölöfen vor allem für das Backen von Produkten geeignet, welche die gleiche Backtemperatur erfordern. Thermoölöfen gibt es in verschiedenen Ausführungen als Wagenöfen, Etagenöfen oder Durchlauföfen.
In der Backkammer eines thermoölbeheizten Wagenofens befinden sich mehrere Radiatoren, durch welche das Thermoöl strömt. Wenn ein Wagen mit Blechen in die Backkammer eingefahren wird, befinden sich die Bleche direkt über den Radiatoren. Im Unterschied zum Stikkenofen rotieren die Wägen nicht im Ofen und die Wärmeübertragung erfolgt vor allem durch Wärmestrahlung. Es existieren aber auch Modelle mit einer zuschaltbaren Konvektion. Bei thermoölbeheizten Etagenöfen strömt das Thermoöl durch Radiatoren, welche sich oberhalb und unterhalb der einzelnen Etagen befinden.
