液-液萃取常用於樣品中被測物質與基質的分離，在兩種不相容液體或相之間透過分配對樣品進行分離而達到被測物質純化和消除干擾物質的目的。在大部分情況下，一種液相是水溶劑，另一種液相是有機溶劑。可透過選擇兩種不相容的液體控制萃取過程的選擇性和分離效率。在水和有機相中，親水化合物的親水性越強，憎水性化合物將進入有機相中的程度就越大。通常，分析化學家首先在有機溶劑中分離出感興趣的被測物質，然後，由於常用的溶劑具有較高的蒸氣壓，可以透過蒸發的方法將溶劑除去，以便濃縮這些被測物質。

　　液-液萃取技術利用樣品中不同組分分配在兩種不混溶的溶劑中溶解度或分配比的不同來達到分離、提取或純化的目的。Nemat分配定律指出：物質將分配在兩種不混溶的液相中。如果以有機溶劑和水兩相為例，將含有有機物質的水溶液用有機溶劑萃取時，有機化合物就在這兩相間進行分配。在一定的溫度下有機物在兩種液相中的濃度比是一常數：

　　KD=CO/Cab

　　式中，KD是分配係數，co是有機相中物質的濃度，Cab是水相中此物質的濃度。有機物質在有機溶劑中的溶解度一般比在水相中的溶解度大，所以可以將它們從水溶液中萃取出來。分配係數越大，水相中的有機物可被有機溶劑萃取的效率會越高。但是，在許多的樣品體系中這些物質的分配係數差別較大，使用一次萃取是不可能將全部物質從水相中移入有機相中。