Frakcijska destilacija loči mešanice na sestavine v eni sami destilacijski koloni. Vključuje segrevanje zmesi, da jo upari, in jo potisne skozi kolono, kjer se bodo različni produkti kondenzirali in oborili kot odziv na temperaturne spremembe. Ta tehnika se pogosto uporablja v industrijski kemiji za predelavo izdelkov, kot sta surova nafta in zrak. Metodo je mogoče uporabiti tudi v eksperimentalnih okoljih za destilacijo vzorcev, ki nas zanimajo.
Postopek frakcijske destilacije se lahko uporablja v katerem koli okolju, kjer mešanica vključuje mešanico komponent s podobnimi, a ne enakimi parnimi točkami. Običajna destilacija morda ne bo ustrezala potrebam takšnih mešanic ali pa bi lahko zahtevala več prehodov za ekstrakcijo želenih komponent. Z mešanicami neznanih ličil lahko kemik izvede nekaj preprostih testov na vzorcu, da ugotovi, kaj vsebuje, in se odloči, kako ga ločiti. Najboljša možnost je lahko odvisna od tega, kako bo vzorec uporabljen.
Oprema segreje zmes med frakcijsko destilacijo, kar povzroči, da zavre in izloči pare. Para se dviga skozi kolono, obloženo s pladnji. Ko se ohladi, se kondenzira in vsak pladenj zajame drugačen kondenzat. Materiali, ki kondenzirajo pri relativno visokih temperaturah, najprej izpadejo. Ko se zmes postopoma ohladi, se druge spojine kondenzirajo, dokler ne zadene vrh kolone. Sistem lahko izprazni vsak pladenj posebej, da zajame destilate. To omogoča obnovitev vseh koristnih sestavin v mešanici.
Vrsta potrebne opreme se lahko razlikuje po velikosti in sestavi, odvisno od vrste materialov, ki se obdelujejo. Objekti, kot so rafinerije nafte, morajo čim več pridobiti iz vsakega sodčka nafte in imeti obsežne destilacijske naprave, ki so sposobne obdelati zelo velike količine materiala. V laboratoriju je oprema lahko relativno majhna, saj vzorci običajno niso zelo veliki. Namizna enota za frakcijsko destilacijo je lahko možnost za nekatere laboratorijske nastavitve.
Študenti pri pouku kemije se lahko naučijo o frakcijski destilaciji in jo imajo priložnost vaditi v laboratoriju. Tehnologija se uporablja v najrazličnejših panogah, kemiki pa se lahko še naprej specializirajo za tehnike destilacije, ki se uporabljajo za določene materiale. Naftni kemiki, na primer, preučujejo ta proces, pa tudi tehnike, kot je kreking za razbijanje ogljikovodikovih verig v surovi nafti. Kreking se lahko uporablja za spreminjanje kemične sestave olja za pridobivanje bolj uporabnih sestavin.