Vakuumska destilacija je proces kojim se hlapljivi spojevi odvajaju od tekuće smjese iskorištavanjem sklonosti takvih spojeva da ispare iz smjese povećanom brzinom pri nižim atmosferskim tlakovima, često bez povećanja temperature. Stavljanjem smjese u destilacijski spremnik i smanjenjem tlaka, hlapljivi spojevi se induciraju da ispare iz smjese. Para se zatim hvata i kondenzira natrag u tekućinu. Vakuumska destilacija može se provesti u malom obimu u laboratoriju ili u industrijskoj mjeri kao što se to radi u rafinerijama nafte.
Svaki spoj otopljen u tekućini imat će tlak pare, koji se obično izražava kao dio jedne standardne atmosfere tlaka, na određenoj temperaturi. To je tlak pri kojem će određeni spoj lako ispariti iz tekuće otopine. Vakuumska destilacija koristi ovo svojstvo za odvajanje pojedinačnih spojeva iz smjesa, osobito u rafiniranju naftnih derivata. Tekućina koja se odvaja stavlja se u zatvorenu posudu sa sustavom za regulaciju tlaka. Korištenjem poznatih parnih tlakova pojedinih elemenata smjese, tlak se smanjuje, a ponekad i povećava temperatura, sve dok željeni spoj ne počne isparavati ili ključati iz smjese.
Nakon što se željeni spoj pretvori u paru, skupi se, ohladi i vrati na standardni atmosferski tlak kako bi se kondenzirao. Može čak biti pod tlakom višim od standardnog atmosferskog tlaka ako je normalno plin, kao što je gorivo poput propana, da bi se pretvorio u tekućinu. Izlaganjem smjese poput sirove sirove nafte raznim temperaturama i pritiscima, mnoge različite komponente smjese mogu se odvojiti i rafinirati na ovaj način. Sirova sirova nafta može sadržavati stotine ugljikovodika, a u mnogim slučajevima, vakuumska destilacija je jedini način da se oni lako i učinkovito odvoje jedan od drugog.
Spojevi koji imaju visoku točku vrelišta ili čije su pare teže od zraka pri jednoj standardnoj atmosferi tlaka posebno su prikladni za odvajanje vakuumskom destilacijom, posebno kada su otopljeni u vodi ili u smjesi koja sadrži vodu. Vakuumska destilacija također omogućuje destilaciju spojeva na nižim temperaturama nego što bi to inače bilo moguće. To je korisno za spojeve koji se mijenjaju ili razgrađuju zagrijavanjem.
Uređaji za vakuumsku destilaciju mogu biti relativno jednostavni, poput onih koji se ponekad koriste u laboratorijima, ili iznimno složeni, poput velikih tornjeva koji se nalaze u rafinerijama nafte. Toranj za vakuumsku destilaciju u rafineriji nafte može biti visok nekoliko katova i može biti sposoban odvojiti desetke ugljikovodičnih spojeva. Postavljanje malog laboratorija može biti vrlo jednostavno i ne zauzima više prostora od ploče stola.