分子蒸餾是一種特殊的液—液分離技術，它不同于傳統蒸餾依靠沸點差分離原理，而是與被蒸餾混合物的分子量的大小有關，能夠實現遠離沸點下的操作，分子量差異越大，分子自由程相差越大，餾出物就越純。這里的分子自由程（用λ表示）是指一個分子相鄰兩次碰撞之間所走的路程。

在高真空的條件下，液體混合物沿著加熱板流動被加熱，根據不同分子量物質的分子平均自由程的不同，它們在汽化表面與冷凝表面之間分子平均自由程的大小以及蒸發度也明顯的不同，輕組分分子的分子平均自由程的大，而重組分分子的分子平均自由程小，使得輕組分恰好能到達冷凝板上面被冷凝，使其沿冷凝板留下；而重組分分子因達不到冷凝板而沿著加熱板留下，從而將不同物質進行分離。（其原理如上圖所示）

分子蒸餾作為一種物理分離技術，能解決大量常規技術分離難于解決的問題，生產過程綠色清潔，具有廣泛的應用前景。