由于各組分具有不同的沸點，液體中的低沸點組分先蒸發，造成密閉容器中的液相和氣相中組成不同。氣相中低沸點組分的濃度比液相中低沸點組分的濃度大；液相中高沸點組分的濃度比氣相中高沸點組分的濃度大。同理，蒸氣冷卻后有一部分冷凝(即部分冷凝)。冷凝液中高沸點組分的濃度比氣相中高沸點組分的濃度大。
精餾過程就是多次的部分冷凝和部分蒸發。這一過程是在精餾塔中進行的。進行精餾操作時，塔頂必須具有下流液體，底部塔釜必須有連續上升的蒸氣，并使各層塔板氣液接觸，進行質量和熱量交換，不斷地進行部分蒸發和部分冷凝，從而使上升蒸氣中低沸點組分越來越濃，從而得到所需要的純氣體;同時下流液體中高沸點組分越來越濃,從而得到所需要的純液體。液態空氣精餾塔中設置有多層塔板（如篩板塔）。
塔板上氣液接觸時，上升蒸氣從上一塊塔板下流的溫度較低的液體中獲得冷量，蒸氣中高沸點組分（氧）就部分冷凝而進入液體中，液體中的氧組分就增多，而液體則從蒸氣中得到熱量，其中低沸點組分(氮)就被部分蒸發，而使氣體中氮組分增多。精餾塔的每層塔板是氣、液兩相進行質量和熱量交換的場所。
精餾過程就是通過精餾塔內多塊塔板的熱量和質量交換作用而實現的。最終在塔的底部獲得液氧，在塔的頂部得到高純度氣氮。
篩板塔 篩板塔內裝有若干層塔板，塔板上有許多小孔，形狀如同篩子，并裝有溢流管。蒸氣從下部上升，穿過各層篩板的小孔，并從篩板上液層中鼓泡通過。液體則從溢流管逐層往下流動。
篩孔直徑一般為0.9～1.1毫米，間距為2.1～3.25毫米,篩孔在塔板上呈正三角形排列。篩板塔在操作范圍內有高效率、結構簡單和制造費用低等優點，但塔的操作范圍較窄，塔板安裝水平度要求高。
泡罩塔 在塔板上設置許多泡罩，每個泡罩由帶齒縫的泡罩和升氣管組成，它浸沒在液體中。
上升蒸氣通過升氣管，從泡罩上的齒縫鼓泡通過液層，而液體通過溢流管流入下一塊塔板。它能在很廣的操作范圍內穩定工作,保持一定效率，但塔板結構復雜，制造費用高,阻力大。
浮閥塔 浮閥塔由泡罩塔發展而來，結構與泡罩塔相似，但每個孔裝有能上下活動的浮閥（見圖浮閥），覆蓋閥孔，代替固定的泡罩。浮閥可在一定的高度內自由升降，調節通流面積，以適應不同的氣體通過量，并能在很廣的操作范圍內保持高效率,且塔板結構簡單,安裝容易，制造費用低。
填料塔 塔內堆置填料，以增加氣液兩相間的接觸面積。最常用的填料有環形、鞍形和波形等實體填料和絲網填料。液體從塔頂沿填料表面呈膜狀向下流動，蒸氣則連續由下而上同液膜密切接觸。蒸氣和液體的濃度沿塔高連續變化。填料塔結構簡單，阻力小，但要求液體在塔截面內分配均勻，才能達到高效率。
