硫黄或黄铁矿在燃烧或焙烧过程中，会生成二氧化硫气体。将二氧化硫转化为三氧化硫是生产硫酸的关键步骤，反应式为：2SO2+O2→2SO3（反应为可逆过程）。在常温和无催化剂的情况下，这个反应难以进行。根据二氧化硫转化为三氧化硫的不同途径，硫酸的制造方法可分为接触法和硝化法。
接触法是工业上常用的方法，使用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾的五氧化二钒（V2O5）作为催化剂。在这个过程中，二氧化硫在催化剂作用下转化为三氧化硫。硝化法则借助氮的氧化物作为递氧剂，通过反应SO2+N2O4+H2O→H2SO4+2NO来进行。
根据设备类型，硝化法分为铅室法和塔式法，前者已逐渐被淘汰，塔式法产出的硫酸浓度较低；而接触法则能生产浓度高达98%以上的硫酸，应用最为广泛。接触法工艺主要包括二氧化硫制备、转化和三氧化硫吸收三个步骤。
首先，原料气需经过净化，去除如矿尘、氧化砷等杂质。净化后的原料气通过饱和水蒸气和硫酸填充的干燥塔，确保水分含量极低。在转化器中，二氧化硫在催化剂V2O5的作用下，与氧气进行氧化反应。催化剂以五氧化二钒为主，配以碱金属氧化物和硅藻土载体。为了控制温度和提高效率，催化剂温度需控制在适宜范围，通过间接加热和冷却机制实现。
在现代生产中，采用两次转化工艺，即气体经过多层催化剂后，先吸收多余的三氧化硫，再进行第二次转化，吸收效率高达99.5%以上。最后，生成的硫酸在吸收塔中用98.3%硫酸吸收，确保环保排放标准。整个过程中，除雾器和尾气处理设备用于防止硫酸雾形成和环境污染。
二氧化硫（化学式：SO2）是最常见的硫氧化物。无色气体，有强烈刺激性气味。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸（酸雨的主要成分）。若把SO2进一步氧化，通常在催化剂如二氧化氮的存在下，便会生成硫酸。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。