Le pétrole brut est un mélange de centaines d'hydrocarbures. Les raffineries les séparent par distillation. Le pétrole est chauffé, et ses composants se vaporisent à des températures différentes. Les vapeurs montent dans une colonne de fractionnement, se condensant à différentes hauteurs. Les gaz légers sont récupérés en haut. L'essence, le kérosène, le gazole et le fioul lourd sont récupérés à des niveaux inférieurs. L'asphalte reste au fond. La distillation sépare les mélanges en fonction de leurs différences de points d'ébullition.

Le procédé comporte deux étapes principales. La vaporisation transforme le composant le plus volatil en gaz. La condensation transforme ensuite le gaz en liquide. L'appareillage varie. La distillation simple sépare un liquide volatil d'une impureté non volatile, comme la purification de l'eau du sel. La distillation fractionnée sépare plusieurs composants ayant des points d'ébullition différents, comme la séparation de l'éthanol et de l'eau. La distillation sous vide abaisse la pression, ce qui diminue les points d'ébullition et permet ainsi de distiller des composés thermosensibles sans les décomposer.

La distillation est utilisée dans de nombreuses industries. Le raffinage du pétrole, la production d'alcool, la fabrication de parfums et la purification chimique y ont tous recours. Elle est également utilisée dans le dessalement, où l'eau de mer est distillée pour produire de l'eau douce. Le coût énergétique est élevé car la vaporisation nécessite de la chaleur, mais la séparation est efficace.

Le principe repose sur les lois de Raoult et de Dalton. La vapeur d'un mélange est plus riche en son composant le plus volatil. En collectant et en condensant cette vapeur, on sépare les composants. Des cycles répétés de vaporisation et de condensation permettent d'accroître la pureté.