Dầu thô là hỗn hợp của hàng trăm hydrocacbon. Các nhà máy lọc dầu tách chúng bằng phương pháp chưng cất. Dầu được đun nóng, và các thành phần bay hơi ở các nhiệt độ khác nhau. Hơi bay lên qua cột phân đoạn, ngưng tụ ở các độ cao khác nhau. Các khí nhẹ thoát ra ở trên cùng. Xăng, dầu hỏa, dầu diesel và dầu nhiên liệu nặng thoát ra ở các tầng thấp hơn. Nhựa đường vẫn còn ở đáy. Chưng cất tách các hỗn hợp dựa trên sự khác biệt về điểm sôi.

Quá trình này có hai bước chính. Sự bay hơi chuyển đổi thành phần dễ bay hơi hơn thành dạng khí. Sự ngưng tụ chuyển đổi khí trở lại thành dạng lỏng. Thiết bị sử dụng rất đa dạng. Chưng cất đơn giản tách chất lỏng dễ bay hơi khỏi tạp chất không bay hơi, ví dụ như lọc nước khỏi muối. Chưng cất phân đoạn tách nhiều thành phần có điểm sôi khác nhau, ví dụ như tách etanol và nước. Chưng cất chân không làm giảm áp suất, từ đó làm giảm điểm sôi, cho phép chưng cất các hợp chất nhạy nhiệt mà không bị phân hủy.

Quá trình chưng cất được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Lọc dầu, sản xuất rượu, sản xuất nước hoa và tinh chế hóa chất đều dựa vào nó. Nó cũng được sử dụng trong khử muối, nơi nước biển được chưng cất để sản xuất nước ngọt. Chi phí năng lượng cao vì quá trình bay hơi cần nhiệt, nhưng hiệu quả tách chiết rất cao.

Cơ sở lý thuyết là định luật Raoult và định luật Dalton. Hơi phía trên hỗn hợp giàu thành phần dễ bay hơi hơn. Bằng cách thu gom và ngưng tụ hơi, các thành phần được tách ra. Chu kỳ bay hơi và ngưng tụ lặp đi lặp lại sẽ làm tăng độ tinh khiết.