低温精馏法方法是先将空气冷却至液化，然后在不同的沸腾温度下选择性地蒸馏成分。该工艺可以生产高纯度气体，能耗高。低温分离过程要求热交换器和分离塔紧密结合，以获得良好的效率，所有制冷能量都由装置入口的空气压缩机提供。

为了达到较低的精馏温度，空分设备需要利用节流装置获得制冷量即等温节流效应（林德液化循环）， 或利用膨胀机获取大的等熵膨胀制冷量（克劳特液化循环），将空气液化，并且冷设备必须保持在一个绝缘的外壳内（通常称为“冷箱”）。

变压吸附提供从空气中分离氧或氮而不液化。该工艺在环境温度下运行；沸石（分子海绵）暴露于高压空气中，然后释放空气并释放所需气体的吸附膜。压缩机的尺寸比液化装置小得多，便携式制氧机就是这样制造的，为医疗目的提供富氧空气。真空变幅吸附也是一个类似的过程；产品气体是在亚大气压下从沸石中析出的。