在常溫常壓下，空氣是氣態的；並且，空氣中含有多種成份。因此，空氣必須經過前期的淨化和液化處理，才能進行分餾。分餾液態空氣的第一步是空氣淨化。在淨化過程中，首先將空氣通過過濾器，除去其中的塵埃。然後，將空氣冷卻至 −80°C，令其中的二氧化碳和水蒸氣全部變成固體，而被分離出來。這樣做的目的是為了防止在後面的液化過程中，二氧化碳和水蒸氣因凝固而阻塞管道。

經過淨化後的空氣，其成份是氮、氧和以氬為主的貴氣體，它們仍然是處於氣體狀態的。如果要進行分餾，還必須要將其變成液體。因此，分餾液態空氣的第二步是空氣液化。在液化過程中，空氣首先在壓縮器內被壓縮和冷卻，然後通過噴嘴被噴入膨脹室內。空氣在膨脹室內迅速膨脹，這導致空氣的溫度急劇下降。此時，再將膨脹後的空氣，經過管道導入壓縮器內再次壓縮和冷卻，然後又噴入膨脹室內。就這樣，空氣被反覆地冷卻、壓縮和膨脹，直到它的溫度下降至 −200°C，變成液態空氣。

最後，液態空氣被輸送到分餾塔內，進行分餾。在分餾塔內，液態空氣被慢慢加熱。由於氮的沸點最低，是 −196°C ，氬的沸點稍高，是 −186°C，而氧的沸點最高，是 −183°C，因此，它們就在分餾塔內，被慢慢地分離開。沸點最低的氮集中到分餾塔的頂部，沸點最高的氧則集中於分餾塔內較低的位置，氬則集中於分餾塔的中部。這樣，從分餾塔的上、中和下部的出口處，就可以分別收集到氮、氬和氧了。