蒸馏是一种传质分离的单元操作，其基本原理是利用液体混合物中各组分挥发性的差异。通过加热使部分液体汽化，易挥发组分在蒸气中浓度增加，而难挥发组分留在液相中，从而实现混合物的分离。工业精馏设备中，通过气液相际传质，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，进一步分离不同挥发性的成分。
液体分子在高温下倾向于从表面逸出，形成饱和蒸气。饱和蒸气压与温度直接相关，它表示液体在平衡状态下的压力。当液体加热至沸腾，再冷却凝结，这个过程称为蒸馏，可分离易挥发和不易挥发的物质，以及沸点不同的液体混合物，但要求沸点差至少30℃以上以获得良好的分离效果。在常压蒸馏中，大气压对沸点的影响很小，可忽略不计。
在蒸馏操作中，空气或薄膜吸附在瓶壁上的空气有助于气泡的形成，气化中心的形成有助于平稳沸腾。为防止“过热”和“暴沸”，需在加热前加入助沸物，如碎瓷片或沸石，以引入气化中心。间接加热的浴液方式可减少温差和过热的风险。
并非所有具有固定沸点的液体都是纯粹的化合物，因为共沸混合物的存在会影响沸点。蒸馏过程中，沸点较低的组分先被蒸出，分离和提纯目的得以实现。然而，对于沸点接近的混合物，分馏是更好的选择。蒸馏还常用于测定沸点，有常量法和微量法之分。分馏是多次蒸馏的综合，适合分离沸点相近的液体混合物。
尽管蒸馏是一种基础操作，但它在分离效果和操作便捷性上存在局限，特别是在处理沸点接近的混合物时。因此，分馏作为补充手段，是必要的，以确保更彻底的分离和效率提升。
蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、Absorption等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。