W tym wypadku patelnia, na której znajduje się jedzenie, jest nazywana tacą do opiekania na bezpośrednim ogniu, a ciepło jest przenoszone poprzez promieniowanie cieplne.
Bezpośrednie grillowanie może wystawić jedzenie na działanie temperatur często przekraczających 260 °C (500 °F). Grillowane mięso uzyskuje aromat oraz smak pieczeni z procesu chemicznego nazywanego reakcją Maillarda, która następuje jedynie wtedy, gdy jedzenie osiąga temperaturę powyżej 155 °C (310 °F).
Nie każde jedzenie nadaje się do grillowania. Grillowanie jest nieodpowiednią metodą przygotowywania wielkich, twardych kawałków mięsa, gdyż ta szybka technika nie pozwala na powolne gotowanie i zmiękczanie mięsa. Podczas stosowania metody grillowania jedzenie jest zazwyczaj umieszczone na żaroodpornym ruszcie. Pozwala to na odprowadzenie tłuszczu, nadmiaru olejów i soków.
Badania wykazały, że grillowanie wołowiny, wieprzowiny, podrobów i ryb w wysokich temperaturach może prowadzić do formowania się , benzopirenów i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, które są rakotwórcze. Marynowanie może zmniejszyć ryzyko powstawania tych związków.