Vakuumdestillation är en process genom vilken flyktiga föreningar separeras från en flytande blandning genom att utnyttja tendensen hos sådana föreningar att avdunsta från blandningen med en ökad hastighet vid lägre atmosfärstryck, ofta utan att öka temperaturen. Genom att innesluta en blandning i en destillationstank och sänka trycket induceras flyktiga föreningar att avdunsta från blandningen. Ångan fångas sedan upp och kondenseras tillbaka till en vätska. Vakuumdestillation kan utföras i liten skala i ett laboratorium eller i industriell skala som görs i petroleumraffinaderier.
Varje förening löst i en vätska kommer att ha ett ångtryck, vilket vanligtvis uttrycks som en bråkdel av en standardatmosfär av tryck, vid en specifik temperatur. Det är trycket vid vilket en viss förening lätt kommer att avdunsta från en flytande lösning. Vakuumdestillation använder denna egenskap för att separera enskilda föreningar från blandningar, särskilt vid raffinering av petroleumprodukter. Vätskan som ska separeras placeras i en förseglad behållare med ett system för tryckreglering. Genom att använda kända ångtryck för specifika element i blandningen reduceras trycket, och ibland höjs temperaturen, tills den önskade föreningen börjar avdunsta eller koka ut ur blandningen.
Efter att den önskade föreningen omvandlats till ånga, samlas den upp, kyls och återförs till standardatmosfärstryck för att kondensera den. Det kan till och med trycksättas till högre än standardatmosfärstrycket om det normalt är en gas, såsom bränslen som propan, för att omvandla den till en vätska. Genom att utsätta en blandning som råolja för en mängd olika temperaturer och tryck kan många olika komponenter i blandningen separeras och förädlas på detta sätt. Råolja kan innehålla hundratals kolväten, och i många fall är vakuumdestillation det enda sättet att separera dessa från varandra enkelt och effektivt.
Föreningar som har en hög kokpunkt eller vars ångor är tyngre än luft vid en standardatmosfär av tryck är särskilt lämpade för separation genom vakuumdestillation, särskilt när de är lösta i vatten eller i en blandning som innehåller vatten. Vakuumdestillation tillåter också föreningar att destilleras vid lägre temperaturer än vad som annars skulle vara möjligt. Det är användbart för föreningar som förändras eller bryts ner genom uppvärmning.
Apparaten för vakuumdestillation kan vara relativt enkel, som de som ibland används i laboratorier, eller extremt komplex, som de stora tornen som finns i petroleumraffinaderier. Ett vakuumdestillationstorn i ett petroleumraffinaderi kan vara flera våningar högt och kan vara kapabelt att separera dussintals kolväteföreningar. En liten laboratorieuppställning kan vara väldigt enkel och inte ta mer plats än en bordsskiva.