Ropa naftowa to mieszanina setek węglowodorów. Rafinerie rozdzielają je poprzez destylację. Ropa jest podgrzewana, a jej składniki odparowują w różnych temperaturach. Opary unoszą się przez kolumnę frakcjonującą, skraplając się na różnych wysokościach. Lekkie gazy wydzielają się u góry. Benzyna, nafta, olej napędowy i ciężki olej opałowy wydzielają się na niższych poziomach. Asfalt pozostaje na dole. Destylacja rozdziela mieszaniny na podstawie różnic w temperaturach wrzenia.

Proces składa się z dwóch głównych etapów. Parowanie przekształca bardziej lotny składnik w gaz. Kondensacja przekształca gaz z powrotem w ciecz. Aparatura jest zróżnicowana. Destylacja prosta oddziela lotną ciecz od nielotnego zanieczyszczenia, na przykład podczas oczyszczania wody z soli. Destylacja frakcyjna oddziela wiele składników o różnych temperaturach wrzenia, na przykład podczas oddzielania etanolu od wody. Destylacja próżniowa obniża ciśnienie, co z kolei obniża temperatury wrzenia, umożliwiając destylację związków wrażliwych na ciepło bez rozkładu.

Destylacja jest wykorzystywana w wielu gałęziach przemysłu. Rafinacja ropy naftowej, produkcja alkoholu, produkcja perfum i oczyszczanie chemiczne – wszystkie te procesy są z niej związane. Jest również wykorzystywana w odsalaniu, gdzie woda morska jest destylowana w celu uzyskania wody słodkiej. Koszt energii jest wysoki, ponieważ parowanie wymaga ciepła, ale separacja jest skuteczna.

Podstawą teoretyczną jest prawo Raoulta i prawo Daltona. Para nad mieszaniną jest bogatsza w składnik bardziej lotny. Poprzez zbieranie i skraplanie pary, składniki są rozdzielane. Powtarzające się cykle parowania i skraplania zwiększają czystość.