Po odsoleniu ropa jest podgrzewana w piecu do temperatury około 375oC. Stąd przepływa do dolnej części kolumny destylacji atmosferycznej, faktycznie pod ciśnieniem nieco wyższym od atmosferycznego. W miarę jak pary oleju wznoszą się w górę kolumny i stygną, różne frakcje o różnych temperaturach wrzenia kondensują i są usuwane z boku kolumny. Te ciekłe frakcje nazywane są ubocznymi i obejmują benzynę, naftę, lekki olej gazowy itp., jak pokazano na rysunku. Ciecze są chłodzone, a wydajność procesu zwiększa się dzięki wymianie ciepła z wchodzącym surowcem olejowym. Gaz pozostający w górnej części kolumny składa się z najlżejszych frakcji ropy naftowej - tych o najniższych punktach wrzenia. Zazwyczaj kolumna destylacyjna pracuje w ciągłym stanie ustalonym, kontrolowanym przez oprzyrządowanie do destylacji ropy naftowej: tutaj pomiar przepływu i wynikające z niego bilansowanie frakcji jest ważne dla celów sterowania.