一套完整的分子蒸馏主要包括进料系统、分子蒸馏器、加热系统、冷却系统、真空系统和控制系统。利用分子平均自由程的差别进行物质分离的，待分离的物料在加热板上形成均匀液膜，经加热，料液分子逸出。在与加热板平行处设一冷凝板，冷凝板温度低于加热板，且与加热板的距离应小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程。这样大部分的轻分子就能到达冷凝面形成液体流出，重分子则返回到加热面，从而实现了分离。
早期时候出现的形式是降膜式分子蒸馏器，主要特点是结构简单，但由于液膜厚、效率差等弊端，已经很少使用了。该装置是采取重力作用，使蒸发面上的物料变为液膜降下的方式，将物料加热，蒸发物就可在相对方向的冷凝面上凝缩。
随着分子蒸馏装置及工艺的深入研究，刮膜式分子蒸馏装置研制成功，这种装置可以达到很高的分离效率，只是结构上没有降膜式分子蒸馏装置简单。为了使蒸发面上的液膜厚度小且分布均匀，在蒸馏器中设置了一硬碳或聚四氟乙烯制的转动刮板。
分子蒸馏装置中的这一刮板不但可以使下流液层得到充分搅拌，还可以加快蒸发面液层的更新,从而强化了物料的传热和传质过程，使得设备可以呈现出液膜厚度小,并且沿蒸发表面流动；被蒸馏物料在操作温度下停留时间短,热分解的危险性较小；生产能力大等优点。
当然，刮膜式分子蒸馏装置也有不足之处，就是液体分配装置难以完善,很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖。而且液体流动时常发生翻滚现象，所产生的雾沫也容易溅到冷凝面上。看来在分子蒸馏装置方面，还有很多有待改善的地方。
