二氧化镁的熔炼需要重点关注温度控制和还原剂的选择，特别是需要在极高温环境下进行操作。通常采用电弧炉或感应炉作为熔炼设备，工作温度需维持在2852℃（MgO熔点）以上，这对耐火材料提出了极高要求，氧化锆或石墨是常见的炉衬选择。实际操作中常加入碳质还原剂（如焦炭或石油焦）来促进还原反应，其反应机理为MgO+C→Mg+CO。
为了提升熔炼效率，工艺上往往采用两步法处理。第一步在相对低温区（约1200℃）完成碳热还原的初始反应，此时需要严格控制CO分压；第二步将生成的镁蒸气导入冷凝系统，采用快速冷却技术（冷却速率＞200℃/s）来收集金属镁。值得注意的是，炉内需要保持惰性气氛（通常用氩气保护）以防止镁的再氧化，同时真空环境（压力＜10Pa）有助于降低反应温度。
工业实践中会遇到若干技术难点，比如镁蒸气的高温腐蚀问题会导致设备寿命缩短，这就需要选用特殊合金（如镍基高温合金）制作关键部件。另一个常见问题是冷凝效率不足，可通过设计多级冷凝器（工作温度梯度500-200℃）来优化。现代工艺还尝试添加氟化钙（CaF2）作为助熔剂，能有效将体系共晶点降低约150℃。
从安全角度考虑，整个系统必须配备完善的防爆装置，因为镁粉尘在浓度超过30g/m³时存在爆炸风险。同时要监控尾气中CO含量（不得超过50ppm），这对环保排放提出严格要求。随着技术进步，新型微波熔炼法和等离子体还原法等绿色工艺正在逐步替代传统方法，这些技术能显著降低能耗（电能消耗减少40%以上）并提高镁回收率（可达92%）。
