Une combustion incomplète peut produire une variété de sous-produits différents, selon le carburant brûlé. Dans de nombreux cas, ces substances peuvent être toxiques. Par exemple, la combustion incomplète des hydrocarbures produit du monoxyde de carbone, un gaz toxique. La suie, l'hydrogène et les oxydes d'azote sont d'autres sous-produits courants d'une combustion incomplète.
La combustion complète d'un hydrocarbure entraîne très peu de sous-produits, principalement du dioxyde de carbone et de l'eau ainsi que quelques oxydes. S'il n'y a pas assez d'oxygène pour une combustion complète, ou si un dissipateur thermique quelconque interfère avec le processus de combustion, le carburant ne brûle pas complètement. Cette oxydation partielle des hydrocarbures se traduit par des molécules qui ne sont pas complètement décomposées, libérant des substances potentiellement toxiques dans l'atmosphère.
Une méthode courante de réduction de ces sous-produits potentiellement toxiques consiste soit à brûler les produits d'échappement dans une postcombustion, soit à utiliser un catalyseur pour modifier la composition des gaz d'échappement. Le convertisseur catalytique sur une automobile est le deuxième type de dispositif, utilisant des métaux précieux pour oxyder les gaz d'échappement. Les convertisseurs catalytiques modernes peuvent oxyder le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, convertir les particules de carburant non brûlées en dioxyde de carbone et en eau, et réduire l'oxyde d'azote en azote et en oxygène. Ces dispositifs peuvent réduire considérablement, mais pas totalement éliminer, les sous-produits d'une combustion incomplète.
