Destillation kann angewendet werden, wenn der Dampfdruck mindestens zweier Flüssigkeiten unterschiedlich hoch ist, das heißt wenn sie einen unterschiedlichen Siedepunkt besitzen. Durch den unterschiedlichen Dampfdruck verdampft vom Stoff mit dem höheren Dampfdruck (niedrigeren Siedepunkt) mehr als vom anderen Stoff, deshalb ist die Konzentration des Stoffs mit dem niedrigeren Siedepunkt im Dampf (Destillat) höher als in der Ausgangsmischung. Durch wiederholte Destillation des Destillats kann die Konzentration weiter gesteigert werden. Je größer der Unterschied zwischen den Siedepunkten, desto weniger Destillationsschritte benötigt man, um eine bestimmte Konzentration zu erreichen. Bei der industriellen Produktion wird diese Wiederholung der Destillationsschritte kontinuierlich durch Rektifikation geleistet. Liegen die Siedepunkte nahe beieinander, kann durch Destillation bei hohem Druck die Trennung verbessert werden, da damit die Siedepunkte weiter auseinander zu liegen kommen. Da bei Feststoffen der Siedepunkt wesentlich höher liegt als bei Flüssigkeiten, können Flüssigkeit und gelöster Feststoff in der Regel in einem Durchgang durch Eindampfen voneinander getrennt werden.

Die wohl älteste und gleichzeitig eine der bekanntesten Anwendungen der Destillation ist die Herstellung hochprozentiger alkoholischer Getränke (Schnapsbrennen). Die Konzentration des Alkohols lässt sich aber nur bis auf 95,58% Alkohol erhöhen. In vielen Fällen gibt es ein Mischungsverhältnis zweier Flüssigkeiten, das sich durch Destillation nicht weiter trennen lassen Diese Mischungen heißen Azeotrop. Eine weitere Erhöhung der Alkoholkonzentration, kann nur durch spezielle Rektifikationsverfahren erreicht werden.

Destillation ist z.B. mittels Solarkollektoren möglich, die platzsparend auf Dächern angebracht werden können.