In der Antike wurden vor allem ätherische Öle destilliert. Als um die Jahrtausendwende (1000 n. Chr.) die Schwefel- und Salpetersäure und vor allem der Alkohol (Ethanol) entdeckt wurden, gewann die Destillation erheblich an Bedeutung. In dem 17. Jahrhundert kamen an wichtigen Anwendungen die Süßwasserdestillation aus Meerwasser und die Destillation von Pech und Teer zur Abdichtung der Schiffe hinzu.

Um ein Gemisch zu trennen, gibt es eine ganze Reihe von Trennverfahren. Das besondere an der Destillation ist, dass sie als Trennhilfmittel Energie benutzt. Der große Vorteil von Energie gegenüber anderen Hilfsmitteln, etwa Adsorbentien oder Lösungsmittel, ist, dass Energie einem System leicht zu- und wieder entzogen werden kann. Destillation beruht auf den unterschiedlichen hohen Siedepunkten der beteiligten Flüssigkeiten. Man sagt dazu auch, dass die Flüssigkeiten einen unterschiedlich hohen Dampfdruck bei gleicher Temperatur besitzen. Wird dem System Energie zugeführt, verdampft durch den unterschiedlichen Dampfdruck vom Stoff mit dem höheren Dampfdruck (niedrigeren Siedepunkt) mehr als vom anderen Stoff. Darum ist die Konzentration des Stoffs mit dem niedrigeren Siedepunkt in dem Dampf (Destillat) höher als in der Ausgangsmischung.

Destillation muss man noch unterscheiden in einen Einmal-Prozess (Batch-Prozess), wie er häufig in Labors auftaucht, um beispielsweise eine reine Chemikalie aus einem Gemisch zu isolieren, oder kontinuerlicher Destillation, die in der Regel in den großen Destillierkolonnen einer Chemiefabrik vorgenommen wird.

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.

Um erhöhte Reinheit des gewonnen Destillats zu erhalten, oder bei Destillation vieler verschiedener Stoffe aus einem Gemisch wird die Fraktionierte Destillation genutzt. Liegen die Siedepunkte nahe beieinander, kann durch Destillation bei niedrigerem Druck die Trennung verbessert werden, da damit die Siedepunkte weiter auseinander zu liegen kommen. Da bei Feststoffen der Dampfdruck wesentlich kleiner ist als bei Flüssigkeiten, können Flüssigkeit und gelöster Feststoff in der Regel in einem Durchgang durch Eindampfen voneinander getrennt werden.
Destillation ist z. B. mittels Solarkollektoren möglich, die platzsparend auf Dächern angebracht werden können.

Die Destillation ist eigentlich ca. dann erforderlich, wenn die zu trennenden Flüssigkeiten sich ineinander lösen, wie z. B. die berühmte Alkohol-Wasser-Lösung. Liegen eigentlich unlösliche Gemische vor, wie z. B. Wasser-Öl, kann man in der Regel durch Absetzen und Dekantieren die Flüssigkeiten trennen. Bei der Gewinnung von Pflanzenölen, die in der Pflanze in kleiner Konzentration vorkommen (Lavendel, Kamille, u. a.) füllt man in die Vorlage die (ggf. zerkleinerten) Pflanzen und kleine Mengen Wasser, und erhitzt dann die Vorlage. Der Wasseranteil hält dann für geraume Zeit die Siedetemperatur, die ggf. durch Arbeiten bei Überdruck (s. Schnellkochtopf) auch über 100 °C angehoben werden kann. Der Öldampf geht über Kopf mit dem Wasserdampf in den Kühler und kondensiert. Das Wasser-Öl-Gemisch kann dann über Dekantieren getrennt werden. Der Wasserdampf schleppt also eine andere, eigentlich unlösliche, Komponente mit. Ohne Einsatz von Wasser würde die Temperatur in der Vorlage u.U. in höhere Bereiche kommen, in denen das Öl beschädigt werden könnte.

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 ca. bis auf 95,58%m 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 ca. durch spezielle Rektifikationsverfahren erreicht werden.

Siehe auch: Pervaporation