一套完整的分子蒸餾主要包括進料系統、分子蒸餾器、加熱系統、冷卻系統、真空系統和控制系統。利用分子平均自由程的差別進行物質分離的，待分離的物料在加熱板上形成均勻液膜，經加熱，料液分子逸出。在與加熱板平行處設一冷凝板，冷凝板溫度低于加熱板，且與加熱板的距離應小于輕分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程。這樣大部分的輕分子就能到達冷凝面形成液體流出，重分子則返回到加熱面，從而實現了分離。
早期時候出現的形式是降膜式分子蒸餾器，主要特點是結構簡單，但由于液膜厚、效率差等弊端，已經很少使用了。該裝置是采取重力作用，使蒸發面上的物料變為液膜降下的方式，將物料加熱，蒸發物就可在相對方向的冷凝面上凝縮。
隨著分子蒸餾裝置及工藝的深入研究，刮膜式分子蒸餾裝置研制成功，這種裝置可以達到很高的分離效率，只是結構上沒有降膜式分子蒸餾裝置簡單。為了使蒸發面上的液膜厚度小且分布均勻，在蒸餾器中設置了一硬碳或聚四氟乙烯制的轉動刮板。
分子蒸餾裝置中的這一刮板不但可以使下流液層得到充分攪拌，還可以加快蒸發面液層的更新,從而強化了物料的傳熱和傳質過程，使得設備可以呈現出液膜厚度小,并且沿蒸發表面流動；被蒸餾物料在操作溫度下停留時間短,熱分解的危險性較小；生產能力大等優點。
當然，刮膜式分子蒸餾裝置也有不足之處，就是液體分配裝置難以完善,很難保證所有的蒸發表面都被液膜均勻覆蓋。而且液體流動時常發生翻滾現象，所產生的霧沫也容易濺到冷凝面上。看來在分子蒸餾裝置方面，還有很多有待改善的地方。