Dit kan gebeuren als een batterij beschadigd, overladen of te heet wordt.
Tijdens thermische runaway stijgt de temperatuur in de batterij zo snel dat chemische reacties versnellen, waardoor nog meer warmte ontstaat. Dit kan leiden tot rook, vuur of zelfs een explosie. Het is een soort vicieuze cirkel: warmte veroorzaakt meer warmte, en dat kan uit de hand lopen als er geen veiligheidsmechanismen aanwezig zijn.
Lithium-ion batterijen kunnen hier gevoelig voor zijn, terwijl batterijen zoals LFP of zoutwaterbatterijen veel minder kans hebben op thermische runaway omdat ze stabieler zijn.