空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。分子是保持它原有性质的较小颗粒，直径的数量级在10-8cm，而分子的数目非常多，并且不停地在作无规则运动，因此，空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在一起的，要将它们分离开是较困难的。目前主要有3种分离方法。
(1)低温法
空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在大气压力下，氧的沸点为90K，氮的沸点为77K)，沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷叫深度冷冻；而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程。
(2)吸附法
让空气通过充填有某种多孔性物质--分子筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，通过分子筛对氮分子具有较强的吸附性能，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气。由于吸附剂的吸附容量有限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。 这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为困难，产品氧纯度在93%左右。
(3)膜分离法
利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜(0.1μm)或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的4～5倍，从而实现氧、氮的分离。这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但富氧浓度一般适宜在28%～35%，规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和医疗保健等方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。
