La distillazione è una procedura che separa una miscela di liquidi con diversi punti di ebollizione. La distillazione è una tecnica utile nei laboratori di chimica, dove i chimici lo usano per purificare un composto, e anche nell'industria, specialmente nell'industria petrolchimica e della raffinazione e nella produzione di etanolo. È per quest'ultimo che la distillazione è più famosa: le bevande alcoliche vengono prodotte attraverso un processo di distillazione.
Distillazione semplice

Se l'acqua viene posta in un contenitore sigillato e lasciata evaporare, alla fine raggiungerà un equilibrio tale che il vapore acqueo si condensa altrettanto velocemente quanto l'acqua sta evaporando. La pressione del vapore a questo equilibrio è chiamata pressione del vapore. La tensione di vapore è diversa per le diverse sostanze e varia con la temperatura. In una miscela di due liquidi con diversi punti di ebollizione, il vapore avrà più del liquido che è più volatile, cioè evapora più facilmente. Nella semplice distillazione, la miscela liquida viene riscaldata e il vapore sale attraverso un tubo e viene raccolto e ricondensato. Il liquido ricondensato avrà una concentrazione più elevata del componente più volatile rispetto alla miscela originale. Se i due liquidi nella miscela originale hanno punti di ebollizione molto diversi, è sufficiente un processo di evaporazione e ricondensazione in una fase. Questo processo si chiama distillazione semplice.
Distillazione frazionata

La distillazione frazionata è simile alla distillazione semplice, tranne che lo stesso processo si ripete in cicli successivi. Ogni ciclo produce una miscela più ricca del composto più volatile rispetto alla miscela precedente. La distillazione frazionata è necessaria quando i punti di ebollizione dei liquidi nella miscela originale sono abbastanza vicini tra loro che la semplice distillazione non è sufficiente per purificare entrambi i composti.
Distillazione sotto vuoto

Alcuni liquidi bollono a temperature così elevate che la distillazione semplice o frazionata utilizzando il processo sopra descritto sarebbe impraticabile o pericolosa. La distillazione sotto vuoto, tuttavia, offre un'altra alternativa. Il punto di ebollizione di un liquido diminuisce quando la pressione viene ridotta. Il punto di ebollizione dell'acqua, ad esempio, è inferiore in alta quota rispetto al livello del mare. Riducendo la pressione nel contenitore, è possibile ridurre il punto di ebollizione dei liquidi nella miscela e distillare la miscela a una temperatura inferiore. Questa tecnica si chiama distillazione sotto vuoto.
Distillazione azeotropica

A causa delle attrazioni intermolecolari tra le molecole nella miscela, le miscele possono avere un punto di ebollizione più alto o più basso di uno dei loro componenti. Una miscela di questo tipo si chiama azeotropio. Quando i liquidi nell'zeotropio evaporano, il vapore ha la stessa composizione della miscela, quindi gli azeotropi non possono essere distillati usando le tecniche sopra descritte. Tuttavia, possono ancora essere distillati, ma solo attraverso uno dei numerosi altri metodi.

Nella distillazione estrattiva, alla miscela viene aggiunto un solvente che si mescolerà liberamente con un componente ma non con l'altro. La nuova miscela può quindi essere separata per distillazione. Nella distillazione reattiva, al contrario, viene aggiunta una sostanza chimica che reagirà con un agente ma non con l'altro, creando una nuova miscela che può essere separata per distillazione. Infine, l'aggiunta di sali ionici può alterare la volatilità dei composti nella miscela in modo tale che possano essere distillati. Queste tre tecniche sono collettivamente chiamate distillazione azeotropica.