在高真空下操作的蒸餾方法，其蒸汽分子的平均自由程大于蒸發表面與冷凝表面之間的距離，從而可利用料液中各組分蒸發速率的差異，對液體混合物進行分離。需要在特殊的設計蒸發器內才能實現，這樣就可以在特定的真空條件下，這時候的物料蒸汽分子的平均自由程大于蒸發表面與冷凝表面之間的距離，從而可利用料液中各組分蒸發速率的差異，對液體混合物進行分離，當液體混合物沿加熱板流動并被加熱，輕、重分子會逸出液面而進入氣相。分子蒸餾會由于其輕、重分子的自由程不同，在進行操作的過程中其不同物質的分子從液面逸出后移動距離不同，若能恰當地設置一塊冷凝板，則輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。由于其蒸發分子遠重于空氣分子，在一定程度上大都具有相同的運動方向，所以它們自身碰撞對飛射方向和蒸發速度影響不大。殘氣分子在兩面間呈雜亂無章的熱運動狀態，故殘氣分子數目的多少是影響飛射方向和蒸發速度的主要因素。

    分子蒸餾會在一定的溫度下，其壓力越低其氣體分子的平均自由程就會越大，在進行操作時當蒸發空間的壓力很低，且使用其冷凝表面在一定程度上靠近蒸發表面的時候，其間的垂直距離是會小于氣體分子的平均自由程時，從蒸發表面汽化的蒸氣分子，可以不與其他分子碰撞，直接到達冷凝表面而冷凝。 

    分子蒸餾主要是一種特殊的液-液分離技術，在進行操作的過程中是不同于傳統蒸餾依靠沸點差分離原理，在進行操作時主要是靠不同物質分子運動平均自由程的差別實現分離。在運行時，當液體混合物有效的沿著加熱板流動并被加熱，輕、重分子會逸出液面而進入氣相，在進行操作的過程中會由于輕、重分子的自由程不同，因此，不同物質的分子從液面逸出后移動距離不同，若能恰當地設置一塊冷凝板，則輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。在沸騰的薄膜和冷凝面之間的壓差是蒸汽流向的驅動力，對于微小的壓力降就會引起蒸汽的流動。在1mbar下運行要求在沸騰面和冷凝面之間非常短的距離，基于這個原理制作的蒸餾器稱為短程蒸餾器。