Die Destillation wird als thermisches Trennverfahren eingesetzt, wenn die chemische Zusammensetzung der Dampfphase sich von der chemischen Zusammensetzung der Flüssigphase unterscheidet. Das ist vor allem der Fall bei Gemischen aus Produkten, die unterschiedliche Siedepunkte, d. h. eine andere Flüchtigkeit, haben. Die Prozess- und Anlagenplanung zur Trennung, Reinigung, Konzentration und Rückgewinnung chemischer Komponenten durch Destillation ist eine unserer Kernkompetenzen.
Es gibt auch Flüssigkeitsgemische, die bei einem bestimmten Verhältnis eine Dampfphase mit der gleichen Zusammensetzung bilden. Diese Azeotrope können durch Destillation nicht weiter getrennt werden. Ist dies trotzdem nötig, müssen die Prozessbedingungen so verändert werden, dass die Zusammensetzung in der Dampfphase sich von der in der flüssigen Phase unterscheidet. Erreichen lässt sich das z. B. durch eine Änderung des Betriebsdrucks oder durch die Zugabe eines anderen Stoffes. Wird ein anderer Stoff mit einer niedrigen Flüchtigkeit hinzugegeben, der den Dampfdruck einer der Mischungskomponenten verringert, nennt man dies eine Extraktivdestillation, die beispielsweise für die QVF® Salpetersäure- und QVF® Salzsäure-Konzentrierungsverfahren eingesetzt werden kann.
Eine andere Situation liegt vor, wenn die Flüssigphase aus nicht miteinander mischbaren flüssigen Komponenten besteht. In diesem Fall reduzieren sich die Dampfdrücke der flüssigen Komponenten nicht gegenseitig, sondern die Dampfdrücke jeder Flüssigphase summieren sich, sodass die Komponente mit dem höheren Siedepunkt ebenfalls flüchtig wird. Man spricht dann von einer Wasserdampfdestillation.