精餾過程實質上是簡單蒸餾過程的疊加，是多次部分汽化和多次部分冷凝的聯合操作，多次部分汽化和多次部分冷凝過程在相圖中的表示如圖1和圖2所示。

對多次部分汽化過程（圖1），假設某料液中易揮發組份濃度為x_f，其從完全液相、溫度為t_f狀態點開始受熱，逐漸升溫至汽液兩相區，對應平衡溫度為t₁，此時混合液形成汽液兩相，易揮發組份在汽液相中的濃度分別為x₁和y₁，由圖可看出x₁<x_f<y₁，混合液得到初步分離；如果進一步將獲得的液相繼續升溫至t₂，則又形成汽液兩相，使得液相中的易揮發組份越來越少。

圖1 多次部分汽化過程

對多次部分液化過程（圖2），假設某混合汽中易揮發組份濃度為y_f，其從完全汽相、溫度為t_f狀態點開始降溫，逐漸降溫至汽液兩相區，對應平衡溫度為t₁，此時混合汽形成汽液兩相，易揮發組份在汽液相中的濃度分別為x₁和y₁，由圖可看出x₁<x_f<y₁，混合汽得到初步分離；如果進一步將獲得的汽相繼續降溫至t₂，則又形成汽液兩相，使得汽相中的易揮發組份越來越大。

圖2 多次部分冷凝過程

以上的多次部分汽化或多次部分冷凝均不能構成精餾過程的連續操作，只是屬于簡單蒸餾；而精餾則是多次部分汽化與多次部分冷凝的聯合操作，為了能夠使這兩個過程疊加而順利進行，通常采用板式精餾塔進行操作，其由若干塊塔板構成，每塊塔板均被假設為理論板，其上溫度即為泡點。精餾塔從上到下每塊板上汽液相中易揮發組份的濃度關系為：

    y₁ > y₂ > ... ... > y_n > y_n+1 > ... ...

    x₁ > x₂ > ... ... > x_n-1 > x_n > x_n+1 > ... ...

則每塊板上液體的溫度關系為：

              t₁ < t₂ < ... ... < t_n-1 < t_n < t_n+1 < ... ...

    精餾塔中的每一塊塔板實質上就是一個中間再沸器和中間部分冷凝器，其過程的圖示如圖3所示。溫度（t_n-1）較低的第n-1塊塔板液相通過導流槽進入第n塊塔板，與來自溫度（t_n+1）較高的地n+1塊塔板的汽相相接觸，從而使汽相部分冷凝和液相部分汽化，在第n塊塔板形成新的平衡，對應平衡溫度為t，液相濃度為x_n，汽相濃度為y_n。由圖可見，在第n塊塔板，汽相中易揮發組份的濃度得到進一步增加，而液相中易揮發組份的濃度得到進一步降低，這樣經過多塊塔板依次進行相似操作，最終實現組份的分離。

圖3 精餾塔塔板上的汽液平衡