Ham petrol, yüzlerce hidrokarbonun karışımıdır. Rafineriler bunları damıtma yoluyla ayırır. Petrol ısıtılır ve bileşenler farklı sıcaklıklarda buharlaşır. Buharlar, farklı yüksekliklerde yoğunlaşarak bir fraksiyonlama kolonundan yükselir. Hafif gazlar üst kısımda ayrılır. Benzin, gazyağı, dizel ve ağır yakıt yağı daha alt seviyelerde ayrılır. Asfalt en altta kalır. Damıtma, karışımları kaynama noktalarındaki farklılıklara göre ayırır.

Bu işlem iki ana aşamadan oluşur. Buharlaşma, daha uçucu bileşeni gaza dönüştürür. Yoğuşma ise gazı tekrar sıvıya dönüştürür. Kullanılan cihaz değişiklik gösterebilir. Basit damıtma, uçucu bir sıvıyı uçucu olmayan bir safsızlıktan ayırır; örneğin, suyu tuzdan arındırmak gibi. Kesirli damıtma, farklı kaynama noktalarına sahip birden fazla bileşeni ayırır; örneğin, etanol ve suyu ayırmak gibi. Vakum damıtma, basıncı düşürerek kaynama noktalarını düşürür ve ısıya duyarlı bileşiklerin ayrışmadan damıtılmasını sağlar.

Damıtma birçok endüstride kullanılır. Petrol rafinerisi, alkol üretimi, parfüm üretimi ve kimyasal arıtma işlemlerinin hepsi damıtma yöntemine dayanır. Ayrıca deniz suyunun damıtılarak tatlı su elde edildiği tuzdan arındırma işleminde de kullanılır. Buharlaştırma ısı gerektirdiği için enerji maliyeti yüksektir, ancak ayrıştırma işlemi etkilidir.

Teorik temeli Raoult yasası ve Dalton yasasıdır. Bir karışımın üzerindeki buhar, daha uçucu bileşen açısından daha zengindir. Buharı toplayıp yoğunlaştırarak bileşenler ayrılır. Tekrarlanan buharlaştırma ve yoğunlaştırma döngüleri saflığı artırır.