يعتمد مبدأ عملية التقطير التجزيئي على اختلاف نقاط غليان المكونات في خليط سائل. يعمل التقطير التجزيئي على فصل المكونات عن طريق تسخين الخليط، حيث يتبخر المكون ذو نقطة الغليان المنخفضة أولاً، ثم يتم تكثيف هذا البخار مرة أخرى إلى سائل في جزء منفصل. تكرار هذه العملية – التبخر والتكثيف – يُعزّز فصل المكونات.

بشكل أكثر تفصيلاً :

1-التسخين: يُسخّن الخليط السائل تدريجياً.
2-التبخر: يبدأ المكون ذو نقطة الغليان الأدنى بالتبخر أولاً.
3-الصعود عبر العمود الكتَّابي: يرتفع بخار المكون الأكثر تطايراً عبر عمود التقطير التجزيئي. يحتوي هذا العمود على سطوح كبيرة (مثل حشوات زجاجية أو أطباق) لزيادة مساحة التلامس بين البخار والسائل.
4-التكثيف الجزئي: مع صعود البخار، يبرد جزئياً و يتكثف جزء منه على سطوح العمود. هذا السائل المتكثف غني بالمكون الأقل تطايراً.
5-التوازن: يتوازن بين التبخر والتكثيف على سطوح العمود. يتحرك البخار الغني بالمكون الأكثر تطايراً صعوداً، بينما يتحرك السائل الغني بالمكون الأقل تطايراً نزولاً. هذا يُعزّز عملية الفصل.
6-التكثيف النهائي: يصل البخار الغني بالمكون الأكثر تطايراً إلى أعلى العمود، حيث يبرد ويتكثف تماماً، مُشكلاً كسراً نقياً نسبياً من هذا المكون.
7-جمع الكسور: يتم جمع الكسور الناتجة على مراحل، كل كسر يحتوي على تركيز مختلف من المكونات.


باختصار، يعتمد التقطير التجزيئي على فرق بسيط في نقاط غليان المكونات، ويستغل عملية التبخر المتكرر والتكثيف المعاكس في عمود التقطير لتحقيق فصل أكثر فعالية من التقطير البسيط. كلما زاد طول عمود التقطير وعدد مراحل التبخر والتكثيف، كان الفصل أكثر كفاءة.