Vakuumska destilacija je postopek, s katerim se hlapne spojine ločijo od tekoče zmesi z izkoriščanjem težnje takšnih spojin, da iz zmesi izhlapevajo s povečano hitrostjo pri nižjih atmosferskih tlakih, pogosto brez povečanja temperature. Z zaprtjem zmesi v destilacijski rezervoar in znižanjem tlaka povzročimo, da hlapne spojine izhlapijo iz mešanice. Hlapi se nato zajamejo in kondenzirajo nazaj v tekočino. Vakuumsko destilacijo lahko izvajamo v majhnem obsegu v laboratoriju ali v industrijskem obsegu, kot se to izvaja v rafinerijah nafte.
Vsaka spojina, raztopljena v tekočini, bo imela parni tlak, ki je običajno izražen kot delež ene standardne atmosfere tlaka pri določeni temperaturi. To je tlak, pri katerem bo določena spojina zlahka izhlapela iz tekoče raztopine. Vakuumska destilacija uporablja to lastnost za ločevanje posameznih spojin iz mešanic, zlasti pri rafiniranju naftnih derivatov. Tekočina, ki jo je treba ločiti, se da v zaprto posodo s sistemom za regulacijo tlaka. Z uporabo znanih parnih tlakov določenih elementov zmesi se tlak zmanjša, včasih pa se temperatura dvigne, dokler želena spojina ne začne izhlapevati ali vreti iz zmesi.
Ko se želena spojina pretvori v paro, jo zberemo, ohladimo in vrnemo na standardni atmosferski tlak, da se kondenzira. Lahko je celo pod tlakom, višjim od standardnega atmosferskega tlaka, če je običajno plin, kot je gorivo, kot je propan, da ga pretvori v tekočino. Z izpostavljanjem mešanice, kot je surova surova, različnim temperaturam in tlakom, se lahko na ta način loči in rafinira veliko različnih komponent mešanice. Surova surova nafta lahko vsebuje na stotine ogljikovodikov in v mnogih primerih je vakuumska destilacija edini način, da jih enostavno in učinkovito ločite drug od drugega.
Spojine, ki imajo visoko vrelišče ali katerih hlapi so pri eni standardni atmosferi tlaka težji od zraka, so še posebej primerne za ločevanje z vakuumsko destilacijo, zlasti če so raztopljene v vodi ali v mešanici, ki vsebuje vodo. Vakuumska destilacija omogoča tudi destilacijo spojin pri nižjih temperaturah, kot bi bilo sicer mogoče. To je uporabno za spojine, ki se s segrevanjem spremenijo ali razgradijo.
Naprava za vakuumsko destilacijo je lahko relativno preprosta, kot se včasih uporablja v laboratorijih, ali izjemno zapletena, kot so veliki stolpi, ki jih najdemo v rafinerijah nafte. Stolp za vakuumsko destilacijo v rafineriji nafte je lahko visok več nadstropij in je lahko sposoben ločiti na desetine ogljikovodikovih spojin. Postavitev majhnega laboratorija je lahko zelo preprosta in ne zavzame več prostora kot miza.