Destillatie is een procedure waarbij een mengsel van vloeistoffen met verschillende kookpunten wordt gescheiden. Distillatie is een nuttige techniek in chemielaboratoria, waar chemici het gebruiken om een verbinding te zuiveren, en ook in de industrie, vooral in de petrochemische en raffinage-industrie en bij de productie van ethanol. Het is voor dit laatste dat destillatie het meest bekend is - alcoholische dranken worden geproduceerd door een proces van destillatie.
Eenvoudige destillatie

Als water in een afgesloten container wordt geplaatst en mag verdampen, zal het uiteindelijk bereiken een zodanig evenwicht dat de waterdamp net zo snel condenseert als het water verdampt. De druk van de damp in dit evenwicht wordt de dampdruk genoemd. Dampspanning is verschillend voor verschillende stoffen en varieert met de temperatuur. In een mengsel van twee vloeistoffen met verschillende kookpunten zal de damp meer van de vloeistof hebben die vluchtiger is, d.w.z. sneller verdampt. Bij eenvoudige destillatie wordt het vloeibare mengsel verwarmd en stijgt de damp door een buis en wordt verzameld en opnieuw gecondenseerd. De opnieuw gecondenseerde vloeistof zal een hogere concentratie van de meer vluchtige component hebben dan het oorspronkelijke mengsel. Als de twee vloeistoffen in het oorspronkelijke mengsel zeer verschillende kookpunten hebben, volstaat een eenstaps verdampings- en recondensatieproces. Dit proces wordt eenvoudige destillatie genoemd.
Fractionele destillatie

Fractionele destillatie is vergelijkbaar met eenvoudige destillatie, behalve dat hetzelfde proces in opeenvolgende cycli wordt herhaald. Elke cyclus produceert een mengsel dat rijker is aan de meer vluchtige verbinding dan het mengsel ervoor. Fractionele destillatie is noodzakelijk wanneer de kookpunten van de vloeistoffen in het oorspronkelijke mengsel dicht genoeg bij elkaar liggen zodat eenvoudige destillatie niet voldoende is om beide verbindingen te zuiveren.
Vacuümdestillatie

Sommige vloeistoffen koken bij zulke hoge temperaturen dat eenvoudige of fractionele destillatie met behulp van de hierboven beschreven werkwijze onpraktisch of gevaarlijk zou zijn. Vacuümdestillatie biedt echter een ander alternatief. Het kookpunt van een vloeistof daalt wanneer de druk wordt verlaagd. Het kookpunt van water is bijvoorbeeld lager op grote hoogte dan op zeeniveau. Door de druk in de houder te verlagen, kan het kookpunt van de vloeistoffen in het mengsel worden verlaagd en het mengsel bij een lagere temperatuur worden gedestilleerd. Deze techniek wordt vacuümdestillatie genoemd.
Azeotropische destillatie

Vanwege de intermoleculaire aantrekkingen tussen moleculen in het mengsel kunnen mengsels een hoger of lager kookpunt hebben dan een van hun componenten. Een dergelijk mengsel wordt een azeotroop genoemd. Wanneer de vloeistoffen in de azeotroop verdampen, heeft de damp dezelfde samenstelling als het mengsel, zodat azeotropen niet kunnen worden gedestilleerd met behulp van de hierboven beschreven technieken. Ze kunnen echter nog steeds worden gedestilleerd, maar alleen via een van verschillende andere methoden.

Bij extractieve destillatie wordt een oplosmiddel dat vrij met de ene component maar niet de andere zal mengen, aan het mengsel toegevoegd. Het nieuwe mengsel kan vervolgens worden gescheiden door destillatie. Bij reactieve destillatie wordt daarentegen een chemische stof toegevoegd die met het ene middel reageert maar niet met het andere, waardoor een nieuw mengsel ontstaat dat kan worden gescheiden door destillatie. Ten slotte kan het toevoegen van ionische zouten de vluchtigheid van de verbindingen in het mengsel zodanig wijzigen dat ze kunnen worden gedestilleerd. Deze drie technieken worden gezamenlijk azeotrope destillatie genoemd