Como resultado de la aplicación de los métodos de separación de fases, un sistema heterogéneo queda dividido en sistemas homogéneos.
Es posible intentar la aplicación de nuevos métodos que permitan decidir si una fase a su vez está formada por uno o más componentes. Si la fase esta formada por dos o mas componentes estamos en presencia de una solución, si en cambio está constituída por un sólo componente es una sustancia pura. Tanto las soluciones como las sustancias puras son sistemas homogéneos.

Cuando estamos en presencia de una solución, es posible aplicar distintos métodos de fraccionamiento para obtener los componentes de la misma.
Los métodos de fraccionamiento que pueden aplicarse, dependen de las propiedades físicas de los componentes de la solución y son:
 

Destilación: este método consiste en separar los componentes de las mezclas basándose en lo volátiles que sean las sustancias que forman la mezcla. Para ellos se utilizan los destiladores. Una sustancia de punto de ebullición bajo se considera “volátil” en relación con las otras sustancias de puntos de ebullición mayor. Hay varios tipos de destilación, la más sencilla es la destilación simple, que see usa para la separación de líquidos con punto de ebullición inferiores a 150º a presión atmosférica de impurezas no volátiles o de otros líquidos miscibles que presenten un punto de ebullición al menos 25º superior al primero de ellos. El proceso se lleva a cabo en una sola etapa, es decir que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo, calentando la mezcla, y se condensa por medio de un refrigerante, recogiendose el destilado en una vaso de precipitados.

La destilación fraccionada se usa para separar componentes líquidos que difieren de en menos de 25º en su punto de ebullición. Cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Es un montaje similar a la destilación simple en el que se ha intercalado entre el matraz y la cabeza de destilación una columna que puede ser tener distinto diseño (columna vigreux, de relleno...). Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente más volátil, conforme asciende en la columna.

Evaporación y cristalización: la evaporación consiste en eliminar el disolvente líquido, quedándonos con el soluto. Para favorecer la evaporación podemos calentar la mezcla o dejar que ocurra lentamente.
La cristalización es el depósito del sólido disuelto en el líquido por alguno de los siguientes motivos:
1- por enfriamiento, habitualmente se disuelven mejor los sólidos en los líquidos la aumentar la temperatura. Si nosotros enfriamos deberá tener menos sólido disuelto en el líquido, el sólido que sobra acabará depositándose en el fondo del recipiente (cristalización).
2- por evaporación, al disminuir la cantidad de disolvente deberá tener menos sólido disuelto, el que vaya sobrando a medida que se evapore el líquido se depositará en el fondo del recipiente (cristalización).

Extracción: consiste en separar varios solutos disueltos en un disolvente. Se utiliza la diferencia de solubilidad de cada soluto en diferentes disolventes. Se añade un disolvente inmiscible (que no se disuelve) con el disolvente de la mezcla, los solutos se distribuyen entre los dos disolventes: alguno de los solutos será más soluble en el primer disolvente y otro de los solutos en el segundo disolvente. Posteriormente las dos fases se separan como mezclas heterogéneas, por decantación en este caso.

Cromatografía: las sustancias a separar se distribuyen entre dos fases según la tendencia que tengan a estar más en una de las fases o en la otra. Una fase es la denominada móvil, la que avanza, y la otra es la fase fija. Los más solubles o que retiene mejor la fase fija retrasan su avance y, de esta forma, se separan de los que retiene mejor la fase móvil.