Ruwe olie is een mengsel van honderden koolwaterstoffen. Raffinaderijen scheiden deze door middel van destillatie. De olie wordt verhit en de componenten verdampen bij verschillende temperaturen. De dampen stijgen door een fractioneringskolom en condenseren op verschillende hoogtes. Lichte gassen komen bovenaan vrij. Benzine, kerosine, diesel en stookolie komen op lagere niveaus vrij. Asfalt blijft onderin achter. Destillatie scheidt mengsels op basis van verschillen in kookpunten.

Het proces bestaat uit twee hoofdstappen. Verdamping zet de meest vluchtige component om in een gas. Condensatie zet het gas weer om in een vloeistof. De gebruikte apparatuur varieert. Eenvoudige destillatie scheidt een vluchtige vloeistof van een niet-vluchtige onzuiverheid, zoals het zuiveren van water van zout. Fractionele destillatie scheidt meerdere componenten met verschillende kookpunten, zoals het scheiden van ethanol en water. Vacuümdestillatie verlaagt de druk, waardoor de kookpunten dalen en warmtegevoelige verbindingen kunnen worden gedestilleerd zonder te ontleden.

Destillatie wordt in veel industrieën gebruikt. Aardolieraffinage, alcoholproductie, parfumfabricage en chemische zuivering maken er allemaal gebruik van. Het wordt ook gebruikt bij ontzilting, waarbij zeewater wordt gedestilleerd om zoet water te produceren. De energiekosten zijn hoog omdat verdamping warmte vereist, maar de scheiding is effectief.

De theoretische basis wordt gevormd door de wet van Raoult en de wet van Dalton. De damp boven een mengsel is rijker aan de meest vluchtige component. Door de damp op te vangen en te condenseren, worden de componenten gescheiden. Herhaalde verdampings- en condensatiecycli verhogen de zuiverheid.