Dibandingkan dengan teknologi distilasi konvensional, distilasi molekuler memiliki karakteristik sebagai berikut
1. Distilasi biasa adalah operasi pemisahan pada temperatur titik didih, sedangkan distilasi molekuler dapat dipisahkan pada temperatur berapapun asalkan terdapat perbedaan temperatur yang cukup antara permukaan dingin dan panas. Oleh karena itu, suhu operasi distilasi molekuler jauh lebih rendah daripada titik didih material.
2. Distilasi biasa memiliki fenomena menggelembung dan mendidih, sedangkan distilasi molekuler adalah penguapan bebas dari permukaan film cair. Tekanan operasi sangat rendah. Biasanya pada urutan 0,1 hingga 1 Pa. Waktu pemanasan sangat singkat, umumnya hanya sepuluh detik hingga puluhan detik.
3. Penguapan dan kondensasi dari distilasi biasa adalah proses yang dapat dibalik, dan fase cair dan fase gas berada dalam kesetimbangan fase dinamis. Dalam proses distilasi molekuler, molekul yang keluar dari permukaan pemanas langsung terbang ke permukaan kondensasi, dan secara teoritis tidak kembali ke permukaan pemanas. Kemungkinan terjadi distilasi molekuler, sehingga tidak ada zat yang tidak mudah dipisahkan.