การกลั่นสูญญากาศเป็นกระบวนการที่สารประกอบระเหยจะถูกแยกออกจากส่วนผสมของเหลวโดยใช้ประโยชน์จากแนวโน้มของสารดังกล่าวเพื่อระเหยออกจากส่วนผสมในอัตราที่เพิ่มขึ้นที่ความดันบรรยากาศต่ำกว่าโดยไม่เพิ่มอุณหภูมิ โดยการล้อมรอบส่วนผสมในถังกลั่นและลดความดันสารประกอบระเหยจะถูกเหนี่ยวนำให้ระเหยออกจากส่วนผสม จากนั้นไอระเหยจะถูกจับและควบแน่นกลับเป็นของเหลว การกลั่นสูญญากาศสามารถทำได้ในขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการหรือในระดับอุตสาหกรรมเช่นเดียวกับที่ทำในโรงกลั่นปิโตรเลียม
สารประกอบใด ๆ ที่ละลายในของเหลวจะมีความดันไอซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศความดันมาตรฐานที่อุณหภูมิเฉพาะ มันคือความดันที่สารประกอบเฉพาะจะระเหยได้ง่ายจากสารละลายเหลว การกลั่นสูญญากาศใช้คุณสมบัตินี้เพื่อแยกสารประกอบเดี่ยวออกจากสารผสมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ของเหลวที่จะแยกออกจะถูกวางในภาชนะที่ปิดสนิทพร้อมระบบควบคุมความดัน โดยการใช้แรงดันไอที่รู้จักขององค์ประกอบเฉพาะของส่วนผสมความดันจะลดลงและบางครั้งอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งสารประกอบที่ต้องการเริ่มระเหยหรือเดือดออกจากส่วนผสม
หลังจากสารประกอบที่ต้องการถูกแปลงเป็นไอสารจะถูกเก็บรวบรวมระบายความร้อนและกลับสู่ความดันบรรยากาศมาตรฐานเพื่อควบแน่น มันอาจจะถูกอัดให้มีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศมาตรฐานหากปกติแล้วก๊าซเช่นเชื้อเพลิงเช่นโพรเพนจะเปลี่ยนเป็นของเหลว โดยการผสมส่วนผสมอย่างเช่นน้ำมันดิบดิบเข้ากับอุณหภูมิและความดันที่หลากหลายส่วนประกอบต่าง ๆ ของส่วนผสมสามารถแยกออกและทำให้บริสุทธิ์ได้ด้วยวิธีนี้ น้ำมันดิบดิบอาจประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนนับร้อยและในหลาย ๆ กรณีการกลั่นสูญญากาศเป็นวิธีเดียวที่จะแยกสิ่งเหล่านี้ออกจากกันได้อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพ
สารประกอบที่มีจุดเดือดสูงหรือไอระเหยหนักกว่าอากาศในบรรยากาศความดันมาตรฐานหนึ่งเหมาะสำหรับการแยกโดยการกลั่นสูญญากาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อละลายในน้ำหรือในส่วนผสมที่มีน้ำ การกลั่นด้วยสุญญากาศยังช่วยให้สารประกอบถูกกลั่นที่อุณหภูมิต่ำกว่าที่เป็นไปได้ ที่มีประโยชน์สำหรับสารประกอบที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือสลายตัวโดยความร้อน
เครื่องมือสำหรับการกลั่นสูญญากาศสามารถทำได้ค่อนข้างง่ายเช่นบางครั้งใช้ในห้องปฏิบัติการหรือซับซ้อนมากเช่นหอคอยขนาดใหญ่ที่พบในโรงกลั่นปิโตรเลียม หอกลั่นสูญญากาศในโรงกลั่นปิโตรเลียมมีความสูงหลายชั้นและอาจแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายสิบชนิด การติดตั้งในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กนั้นง่ายมากและไม่ต้องใช้พื้นที่มากไปกว่าบนโต๊ะ
