原油蒸馏是石油加工过程的“龙头”，是炼油厂中唯一的一次加工装置，目的是将电脱盐预处理后的原油，按照分子大小和沸点高低不同切割成不同的馏分，为后续的加工工艺提供原料。原油蒸馏是一个纯物理过程，一般不发生化学反应或仅发生极少量的热裂化反应。
原油蒸馏是一次加工工艺，也是最早的炼油工艺。1849年左右，美国人萨繆尔·M·基尔在美国化学会主席詹姆斯·布思的帮助下，制造出商业化生产的第一只蒸馏釜，采用蒸馏的原理，利用宾夕法尼亚塔兰屯附近盐井中渗出的原油生产出灯用煤油。因此，基尔也被认为是炼油工业的创始人。但直到19世纪80年代初，才由阿塞拜疆巴库的诺贝尔兄弟石油公司在大化学家门捷列夫的帮助下，建成了世界第一套连续蒸馏装置。
原油蒸馏的原理，是根据组成原油的大量分子的沸点差异，将原油加热到一定温度后，使原油开始部分汽化，由于低沸点的组分易于汽化，因此汽化生成的气相部分含轻组分较多，而残留的液相中含重组分较多，使原油得到一定程度的分离。如果将气相部分收集并冷凝后，再重新进行一次汽化过程，则新生成气相部分中的轻组分进一步富集，如此反复，当汽化步骤进行到一定程度后，就可以得到轻组分含量非常高的馏分。同样道理，使残留液相多次部分汽化，也可以得到重组分含量非常高的残余液相，从而将原油分成轻重不同的馏分。原油蒸饮与酿酒时的蒸馏过程非常相似。一开始，用粮食酿造的原始酒液中酒精的浓度很低，可以利用酒液中水（100℃）和酒精（78．2℃）的沸点差，通过蒸馏的方式，将酒液加热至两种物质沸点间的某一温度，便开始产生大量的高酒精含量蒸汽。将这些蒸汽收集并进行冷凝，就会得到与原料酒液酒精浓度不一样的液体，从而形成高酒精含量的酒液。如果一次蒸馏得到的酒液度数达不到要求，还可以将酒液再蒸馏一次，以提高酒液的度数。当然，酒液主要是由酒精和水组成的简单混合物，蒸馏过程较简单，而石油是由千万种化合物组成的复杂混合物，蒸馏过程较复杂。
