Τα μίγματα μπορούν να διαχωριστούν με πολλές μεθόδους. Όλες βασίζονται στις διαφορετικές ιδιότητες των συστατικών τους, όπως η φυσική κατάστασή τους, η διαλυτότητα, το μέγεθος των σωματιδίων τους, η έλξη τους από μαγνήτη κ.ά.

Πολλές φορές οι κοιλότητες των βράχων στις ακτές γεμίζουν με θαλασσινό νερό. Καθώς ο ήλιος θερμαίνει το νερό αυτό εξατμίζεται και μένει το αλάτι. Αυτός ο φυσικός τρόπος διαχωρισμού των συστατικών ενός μίγματος, όπως είναι το θαλασσινό νερό, καλείται  εξάτμιση. Χρησιμοποιείται στις αλυκές, αλλά μπορεί φυσικά να χρησιμοποιηθεί και στο εργαστήριο.

Η απόσταξη είναι μια ακόμη μέθοδος διαχωρισμού που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο για την απομάκρυνση ενός συστατικού διαλύματος που εξατμίζεται εύκολα. Σε αυτήν μια σφαιρική φιάλη που περιέχει για παράδειγμα αλατόνερο θερμαίνεται με λύχνο, οι ατμοί του νερού καθώς διέρχονται από έναν ψυκτήρα ψύχονται και υγροποιούνται και από τον ψυκτήρα στάζει σε ένα ποτηράκι ζέσεως μόνο καθαρό νερό. Στο αλατόνερο θα μπορούσε να είναι διαλυμένη και μια τρίτη χρωστική ουσία που δεν μπορεί να εξατμιστεί με την ίδια ευκολία με το νερό. Σε αυτήν την περίπτωση στη σφαιρική φιάλη μένει σαν υπόλειμμα η χρωστική ουσία και το αλάτι.

Σε ετερογενή μίγματα όπως το νερό-άμμος μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο της διήθησης κατά την οποία το μίγμα περνάει από ένα χωνί με χάρτινο φίλτρο που επιτρέπει μόνο στο νερό να περάσει. Είναι προφανές ότι η διήθηση δεν εφαρμόζεται στα διαλύματα.

Ο διαχωρισμού ενός μίγματος νερού-άμμους μπορεί επίσης να επιτευχθεί με τη μέθοδο της απόχυσης. Η στερεή ουσία μετά από ηρεμία κατακάθεται στη βάση του δοχείου  και έτσι μπορούμε να αδειάσουμε μεγάλο μέρος του υγρού πλαγιάζοντας το ποτήρι.

Αν το μίγμα πρόκειται για στερεό όπου τα συστατικά έχουν διαφορετικό μέγεθος π.χ. άμμος-πέτρες μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος της κοσκίνισης, όπου η ουσία με τα μικρότερα σε μέγεθος σωματίδια διαπερνά τους πόρους του κόσκινου και αυτή με τα μεγαλύτερα παραμένει στο κόσκινο.

Για μίγματα όπως θείο-σίδηρος, στα οποία ένα συστατικό έλκεται από τον μαγνήτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο μαγνητικός διαχωρισμός. Σε αυτήν την περίπτωση μόνο ο σίδηρος έλκεται από τον μαγνήτη και διαχωρίζεται από το θείο.

Το άρωμα από τα λουλούδια ή το άρωμα και τα συστατικά των φύλλων τσαγιού διαχωρίζονται με εκχύλιση. Με την παραμονή των φύλλων ή των λουλουδιών σε ζεστό νερό ή αλκοόλη το άρωμα διαχωρίζεται και διαλύεται στον διαλύτη.

Μια από τις μεθόδους που απαιτούν ειδικό εξοπλισμό είναι η φυγοκέντρηση και μπορεί να εφαρμοστεί σε ετερογενή μίγματα όπως είναι το μίγμα βουτύρου και γάλακτος. Τοποθετούμε το μίγμα σε δοχείο και κατά την περιστροφή του ένα ή περισσότερα από τα συστατικά , των οποίων τα σωματίδια ή σταγονίδια έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα, συγκεντρώνονται στα τοιχώματα.

Ένας ακόμα τρόπος διαχωρισμού ετερογενών μιγμάτων είναι η χρωματογραφία. Κατ’ αυτήν μπορεί να διαχωριστούν τα διάφορα έγχρωμα συστατικά του μελανιού, βάζοντας μια σταγόνα του σε ένα διηθητικό χαρτί και βυθίζοντας την άκρη του χαρτιού στο νερό. Το νερό παρασέρνει τα συστατικά τα οποία «τρέχουν» με διαφορετικά ταχύτητα.

Οι διάφοροι τρόποι διαχωρισμού μπορούν και να συνδυάζονται μεταξύ τους ώστε να επιτευχθεί τελικά διαχωρισμός. Για παράδειγμα για να διαχωρίσουμε ένα στερεό μίγμα αλατιού-άμμου μπορούμε να το διαλύσουμε σε νερό, να αποχύσουμε το διάλυμα και στη συνέχεια να εξατμίσουμε το νερό. Ουσιαστικά, η άμμος δεν διαλύεται στο νερό και διαχωρίζεται με την απόχυση, ενώ το αλάτι διαλύεται στο νερό και διαχωρίζεται με την εξάτμιση.

Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ότι για να διαχωρίσουμε τα συστατικά ενός διαλύματος μπορούμε να εφαρμόσουμε μεθόδους όπως η εξάτμιση και η απόσταξη και η χρωματογραφία.