壓縮空氣經清理水分、二氧化碳，并在熱交換器中被冷卻及膨脹(對中壓流程)后送進下塔的下部，作為下塔的上升氣。由于它含氧21%，在0.6MPa下，對應的飽和溫度為100.05K。在冷凝蒸發器中冷凝的液氮從下塔的上開始往下方流，作為回流液體。因其含氧為0.01%～1%，在0.6MPa下的飽和溫度約為96.3K。由此可見，精餾塔下部的上升蒸氣溫度高，從塔頂往下方流的液體溫度較低。下塔的上升氣每經過一塊塔板就碰到比它溫度低的液體，氣體本身的溫度就要下降，并不斷有部分蒸氣冷凝成液體。
由于氧是難揮發組分，氮是易揮發組分，在冷凝過程中，氧要比氮較多地冷凝下來，于是剩下的蒸氣中含氮濃度就有所進步。就這樣一次、一次地進行下往，到塔頂后，蒸氣中的氧盡大部分已被冷凝到液體中往了，其含氮濃度可到99%。這部分氮氣被引到冷凝蒸發器中，放出熱量后冷凝成液氮，其中一部分作為下塔的回流液從上往下活動。液體在往下方流的過程中，每經過一塊塔板碰到下面上升的溫度較高的蒸氣，吸熱后有一部分液體就要氣化。在氣化過程中，由于氮是易揮發組分，氧是難揮發組分，因此氮比氧較多地蒸發出來，剩下的液體中氧濃度就有所進步。這樣一次、一次地進行下往，到
精餾塔底就可得到氧含量為38%～40%的液空。因此，經過下塔的精餾，可將空氣初步分離成含氧38%～40%的富氧液空和含氮99%以上的液氮。
然后將液空經節流降壓后送到上塔中部，作為進一步精餾的原料。與下塔精餾的原理相同，液體向下方流動時，經多次部分蒸發，氮較多地蒸發出來，于是液體中的含氧濃度不斷進步，到達上塔底部可獲得含氧99.2%～99.6%的液氧。從液空進料口至上塔底部塔板上的精餾是進步難揮發組分的濃度，叫提餾段。這部分液氧在冷凝蒸發器中吸熱而蒸發成氣氧，在0.14MPa下它的溫度為93.7K左右。一部分氣氧作為產品引出，大部分作為上塔的上升氣。在上升過程中，部分蒸氣冷凝，蒸氣中的氮含量不斷增加。由于上塔中部液空進口處的上升氣中還有較多的氧組分，如果將它放掉，氧的損失太大，所以應再進行精餾。
從冷凝蒸發器中引出部分含氮99%以上的液氮節流后送至上塔頂部，作為回流液，蒸氣再進行多次部分冷凝，同時回流液多次部分蒸發。其中氧較多地留在液相里，氮較多地蒸發到氣相中，到了上塔頂，便可得到含氮99%以上的氮氣。從液氮進料口到液空進料口是為了進一步進步蒸氣中低沸點組分(氮)的濃度，叫精餾段。如果需要純氮產品還需要再次精餾，才能得到含氮99.99%的純氮產品。這就是精餾塔內將空氣分離成氧、氮的過程。
