يبرز التقطير الجزيئي كتقنية متخصصة للغاية تستخدم في المقام الأول للمركبات ذات درجات الغليان العالية أو اللزوجة أو التآكل. وتعتمد هذه الطريقة بشكل كبير على الوزن الجزيئي والقطبية للمواد التي يتم تقطيرها. وهي تنطوي على تفاعلات جزيئية دقيقة مثل قوى فان دير فال والرابطة الهيدروجينية، إلى جانب التدفق الجزيئي والانتشار.

عادةً ما يُستخدم التقطير الجزيئي في فصل المواد شديدة التطاير، ويجد التقطير الجزيئي تطبيقات في تكرير المواد الكيميائية وتنقية المكونات النشطة من المنتجات الطبيعية. ويساعد التشغيل تحت ظروف الضغط المنخفض على تقليل التصادمات الجزيئية والفاقد على جدران الجهاز.