การกลั่นลำดับส่วน เป็นการนำน้ำมันดิบผ่านกระบวนการกลั่น แล้วแยกผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นเชื้อเพลิงต่างๆ เช่น น้ำมันเบนซิน หรือน้ำมันดีเซลที่ใช้ในยานพาหนะ น้ำมันเตาที่ใช้ในอุตสาหกรรม ยางมะตอยที่ใช้ในการสร้างถนน เป็นต้น

การกลั่นลำดับส่วน หรือ การกลั่นน้ำมันดิบ คือ การนำน้ำมันดิบไปกลั่นเพื่อแยกผลิตภัณฑ์ออกเป็นส่วนๆ โดยส่งน้ำมันดิบเข้าไปในท่อเหล็กที่เรียงเป็นแถวในเตาเผา ที่มีอุณหภูมิ 350-400 องศาเซลเซียส น้ำมันดิบจะเดือดกลายเป็นไอผ่านเข้าไปในหอกลั่นที่มีถาดเป็นชั้นๆ หลายสิบชั้น

ไอร้อนที่ลอยขึ้นไป เมื่อเย็นลงก็ควบแน่นเป็นของเหลวบนถาดตามชั้นต่างๆ จะอยู่ชั้นใดก็ขึ้นอยู่กับจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนนั้น ไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูง จะควบแน่นออกมาที่ส่วนล่างของหอกลั่น ส่วนไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดต่ำ จะควบแน่นออกมาที่ส่วนบนของหอกลั่น การกลั่นน้ำมันดิบจะได้สารต่างๆ แบ่งเป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ ดังนี้

1. ส่วนที่เบาที่สุด เป็นแก๊สที่อุณหภูมิและความดันปกติ

2. ส่วนที่หนักขึ้น เป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันปกติ ได้แก่

      - น้ำมันเบนซิน มีปริมาณกำมะถันต่ำ เหมาะสำหรับเครื่องยนต์เบนซินชนิดต่างๆ ในประเทศไทยมีอยู่ 2 ชนิด คือ น้ำมันเบนซิน ออกเทน 91 และน้ำมันเบนซิน ออกเทน 95
      - น้ำมันดีเซล มีปริมาณกำมะถันเจือปนอยู่นิดหน่อย แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ น้ำมันดีเซลหมุนเร็ว (น้ำมันโซล่า) เหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่มีรอบหมุนเร็วสูง ได้แก่ รถกระบะ รถบรรทุก รถโดยสาร และน้ำมันดีเซลหมุนช้า (น้ำมันขี้โล้) เหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่มีรอบหมุนปานกลางหรือช้า ได้แก่ เรือประมง เครื่องผลิตไฟฟ้า
      - น้ำมันเครื่องบิน มีความสะอาดบริสุทธิ์ เผาไหม้ได้ดี แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ น้ำมันเครื่องบินพาณิชย์ และน้ำมันเครื่องบินทหาร
      - น้ำมันก๊าด เหมาะสำหรับใช้จุดตะเกียงให้สว่าง ใช้ในอุตสาหกรรมกระเบื้องเคลือบเซรามิก

3. ส่วนที่หนักที่สุด ไม่ระเหยเป็นไอในหอกลั่น ได้แก่

      - น้ำมันเตา เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงที่หนักและมีจุดเดือดสูงที่สุด มีความหนืด มีปริมาณกำมะถันค่อนข้างสูง ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงาน โรงไฟฟ้า เรือเดินสมุทร
      - ยางมะตอย มีลักษณะเหนียวและความหนืดต่ำ นิยมมาใช้ในงานก่อสร้างผิวถนน