石油炼制的基础原理包括简单的物理蒸馏原理，也包括复杂的化学过程。一般情况下，可以把石油的炼制划成三次加工进行，这三次加工也常常被人们称为石油炼制的“三部曲”。

    第一部曲：原油蒸馏。炼油厂的“蒸馏”车间由分馏塔、加热炉和换热设备组成。每座“分馏塔”里上下又分成若干“段”，每个“段”都可以准确地控制温度。“分馏塔”内的物流量、温度、压力等参数，都显示在仪表盘上，再通过计算机集中控制，从油田经过脱水后的原油，通过地下管网源源不断地输送到这里，进入炼化程序。

    第二部曲：催化裂化。催化裂化就是将重油在加热炉管道中加热，达到一定温度后，导入装有裂化催化剂的反应器中，通过催化作用，油气会很快发生复杂的化学反应，使“大分子烃类”裂化为“小分子烃类”。裂化后的产物再进入“分馏塔”分馏，用这种方法提炼出的汽油称“催化裂化汽油”，是成品汽油的主要调和组分。

    第三部曲：延迟焦化。延迟焦化是一种热裂化工艺，其主要目的是将高残碳的渣油转化为轻质油，是目前世界上渣油深度加工的主要方法。焦化过程按其焦化方法可分为釜式焦化、平炉焦化、延迟焦化、接触焦化和流化焦化等。目前，主要的工业形式是延迟焦化和流化焦化，世界上85%以上的焦化处理能力都是延迟焦化类型。