Destylacja cząsteczkowa, destylacja molekularna – rodzaj destylacji prowadzonej pod zmniejszonym ciśnieniem, charakteryzująca się stosowaniem wysokiej próżni (10−3–10−7 hPa) oraz bardzo małych odległości między strefą parowania cieczy i strefą skraplania pary, równych lub mniejszych od średniej drogi swobodnej cząsteczek. W tych warunkach cząsteczki, odparowujące z powierzchni cieczy (bez wrzenia), docierają bezpośrednio do skraplacza. W niesprężystych zderzeniach oddają zimnej powierzchni skraplacza swoją energię kinetyczną i zatrzymują się, tworząc warstewkę destylatu.