分子蒸餾是利用分子平均自由程的差別進行物質分離的，待分離的物料在加熱板上形成均勻液膜，經加熱，料液分子逸出。在與短程蒸餾加熱板平行處設一冷凝板，冷凝板溫度低于加熱板，且與加熱板的距離應小于輕分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程。而一套完整的分子蒸餾設備主要包括進料系統、分子蒸餾器、加熱系統、冷卻系統、真空系統和控制系統。其種類主要有3種：

（1)降膜式：為早期形式，結構簡單，但液膜厚，效率差；

（2)刮膜式：形成的液膜薄，分離效率高，但較降膜式結構復雜；

（3)離心式：離心力成膜，膜薄，蒸發效率高，但結構復雜，真空密封較難，設備的制造成本高。為提高分離效率，往往需要采用多級串聯使用而實現不同物質的多級分離。