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Die thermische Oxidation von Silizium ist ein Verfahren zur Änderung der Oberflächeneigenschaften, bei dem an der Oberfläche eines Siliziumsubstrats (beispielsweise einem Silizium-Wafer) oder einer Teilstruktur aus Silizium eine dünne Schicht aus amorphem Siliziumdioxid erzeugt wird. Das Verfahren wird in der Halbleitertechnik unter anderem bei der Herstellung von mikroelektronischen Schaltungen eingesetzt. Der Prozess basiert auf der Eindiffusion von Sauerstoff und dessen chemischer Reaktion mit Silizium bei Temperaturen über 1100 °C. Bei sehr kurzen Prozesszeiten nennt man das Verfahren auch „Rapid Thermal Oxidation“ (RTO, deutsch: schnelle thermische Oxidation), das zur Erzeugung von sehr dünnen Siliziumoxidschichten (< 2 nm) dient. Ein ähnliches Verfahren ist die Erzeugung einer thermischen Siliziumnitrid-Schicht auf einem Siliziumsubstrat bei hohen Temperaturen.