蒸馏法作为一种常见的海水淡化方法，历史悠久，并在工程实践中不断完善。具体可分为多级闪蒸、压汽蒸馏和低温多效蒸馏等。

多级闪蒸是先将海水加热处理，将处理后的海水通入到闪蒸室内，闪蒸室内的压力小于海水当前温度所对应的饱和压力，因此海水在闪蒸室内处于高温状态，可在瞬间蒸发为蒸汽。之后将蒸汽通过除沫器，蒸汽内残留的液态水被去除，蒸汽继续通过凝结器后生成液态淡水。多级闪蒸的淡水产量丰富，技术相对成熟，运行安全性高，与火电站联合建设，一般适用于大型淡化装置。压汽蒸馏是把海水原水进行软化预处理，之后通过加热器预加热，该步骤可以有效地回收冷凝室和蒸发室浪费的热量，吸收了这些热量的海水通过蒸发室进行深度蒸发处理，蒸汽冷凝后作为产品水引出。此法结构紧凑，脱盐率高，但容易腐蚀，造价较高。

低温多效蒸馏利用许多平行的喷淋式下降蒸发器，通入适量的海水蒸汽，经过多级的升温蒸发和降温冷凝，经过一系列的物理状态转变，产生了多于原蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。此技术节能，装置规模日益扩大，主要发展趋势为采用廉价材料降低工程造价，提高传热效率等。