從統計學上看，不同種類的分子逸出液面后不與其它分子碰撞的飛行距離是不同的，輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小。如果冷凝面與蒸發面的間距小于輕分子的平均自由程，大于重分子的平均自由程，這樣輕分子到達冷凝面被冷卻收集，從而破壞了輕分子的動態平衡，使輕分子不斷逸出，重分子因達不到冷凝面互相碰撞而返回液面，很快趨于動態平衡不再從混合液中逸出，從而實現了物料的分離。物料中雜質會影響分子蒸餾分離效率，必要時用離心機進行預處理。