分子蒸馏器的液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。分子蒸馏设备在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。在1mbar下运行要求在沸腾面和冷凝面之间非常短的距离，基于这个原理制作的蒸馏器称为短程蒸馏器。短程蒸馏器(分子蒸馏)有一个内置冷凝器在加热面的对面，并使操作压力降到0.001mbar。

         分子蒸馏器是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离，在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很低(10-2 ～10-4 mmHg)，且使冷凝表面靠近蒸发表面，其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时，从蒸发表面汽化的蒸气分子，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。

         分子蒸馏技术具有操作温度低（远低于沸点）、高真空度、受热时间短（以秒计），不会发生受热分解，分离效率高等，特别适用于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离；分子蒸馏可有效地脱除轻分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）及脱除混合物中杂质；分离度高，高于传统蒸馏及薄膜蒸发技术；容易形成连续化生产，操作简单；分子蒸馏的蒸馏距离短，分子平均自由程一般不超过25mm，能耗小。