Råolie er en blanding af hundredvis af kulbrinter. Raffinaderier adskiller dem ved destillation. Olien opvarmes, og komponenterne fordamper ved forskellige temperaturer. Dampene stiger op gennem en fraktioneringskolonne og kondenserer i forskellige højder. Lette gasser slipper ud i toppen. Benzin, petroleum, diesel og tung fyringsolie slipper ud ved lavere niveauer. Asfalt forbliver i bunden. Destillation adskiller blandinger baseret på forskelle i kogepunkter.

Processen har to hovedtrin. Fordampning omdanner den mere flygtige komponent til en gas. Kondensation omdanner gassen tilbage til en væske. Apparatet varierer. Simpel destillation adskiller en flygtig væske fra en ikke-flygtig urenhed, som f.eks. rensning af vand fra salt. Fraktioneret destillation adskiller flere komponenter med forskellige kogepunkter, som f.eks. adskillelse af ethanol og vand. Vakuumdestillation sænker trykket, hvilket sænker kogepunkterne, hvilket gør det muligt at destillere varmefølsomme forbindelser uden nedbrydning.

Destillation bruges i mange industrier. Petroleumraffinering, alkoholproduktion, parfumefremstilling og kemisk rensning er alle afhængige af det. Det bruges også til afsaltning, hvor havvand destilleres for at producere ferskvand. Energiomkostningerne er høje, fordi fordampning kræver varme, men separationen er effektiv.

Det teoretiske grundlag er Raoults lov og Daltons lov. Dampen over en blanding er rigere på den mere flygtige komponent. Ved at opsamle og kondensere dampen adskilles komponenterne. Gentagne fordampnings- og kondensationscyklusser øger renheden.