Quando dois líquidos miscíveis entre si são destilados, a separação tende a ser melhor quanto maior for a diferença entre as temperaturas de ebulição dos dois líquidos; nesse caso o líquido menos volátil destila em primeiro lugar.

A destilação fracionada pode ser empregada para obtenção dos gases N2 e O2 a partir do ar atmosférico previamente pressurizado e resfriado.

A destilação é um processo químico que serve para desdobrar as misturas homogêneas, podendo ser simples ou fracionada; na destilação simples, o vapor é recolhido e condensado, sendo utilizada para separar um líquido volátil de um soluto não-volátil ou sólido; já na destilação fracionada o ciclo de ebulição e condensação é repetido sucessivamente, sendo usada para separar líquidos voláteis com pontos de ebulição próximos.

A eficiência de uma coluna de fracionamento se exprime em termos do número de pratos teóricos, isto é, do número de etapas efetivas de vaporização e condensação necessárias para chegar a um condensado 100% puro a partir de um dado destilado.

Na destilação do petróleo, as frações com pontos de ebulição mais altos, como os gases e as naftas leves, vão descer mais na coluna, enquanto as frações com pontos de ebulição mais baixos, como o querosene e os óleos diesel, vão condensar e se acumular em níveis mais altos.