离子液体的热稳定性分别受杂原子-碳原子之间作用力和杂原子-氢键之间作用力的限制，因此与组成离子液体的阳离子和阴离子的结构和性质密切相关。如咪唑类离子液体，对同一种阴离子而言，咪唑盐阳离子2位上有取代基时，离子液体的起始分解温度会明显地提高，而3位氮原子上的取代基为线性烷基时，热稳定性较高。相应的阴离子部分稳定性顺序为：PF6- ＞BF4-＞ASF6-＞I-＞BR-＞CL-。同时，离子液体的含水量对其热稳定性也存在影响。