假設有A和B兩種物質形成的混合液體，需要將其中的溶質A和溶劑B分開，而由于某些原因，如兩者相對揮發度接近于1、某物質在較高溫度下分解或失活等，此時需要借助添加第三種物質——萃取劑S來完成溶質A向S的轉移，最終實現A和B的分離。在選擇萃取劑S時，需要考慮很多因素（溶解性、流動性、經濟性等），其中最重要的莫過于是A、B和S之間的溶解性問題，也即三者形成的液液平衡問題，因此在選擇萃取劑S時，進行實驗測定液液相平衡是必不可少的，通過液液相平衡相圖可以獲得分離所能達到的極限、所需溶劑的量等等。

    圖1為一典型的液液萃取過程相圖表述實例。三個頂點A、B和S代表各自為純組份，圖中拱形曲線為三元液液平衡線，由圖可知溶劑B和萃取劑S部分互溶。連接R、E兩點的線為聯結線，R和E為共軛相，即在RE聯結線上的三相組成均分裂為R和E兩相，通常稱E相為萃取相，而R相稱為萃余相。

圖1 液液萃取過程相圖

假設有一組成為x_F的A和B混合物溶液，進料量為F。逐漸在混合液中加入萃取劑S，從而三相混合物的狀態點隨著S加入量的增加在FS線上從F點逐漸向S點移動（在混合液中隨著萃取劑S的加入，狀態點只能在FS的連線上移動，這時因為A和B兩者在混合液中比例與加入的S量無關，始終保持不變）；在第一次與液液平衡線相交時，即O點，該處對應的為要實現萃取操作所需要最少量萃取劑的點；繼續增加S的量則進入液液分相區，如與RE線相交于M點，在該點液體混合物分為E和R兩相，實現A和B的分離；再繼續增加S的量，直至P點，該點對應的加入萃取劑最大量的點，當再增加S時，則進入A、B和S完全混溶區，無法實現分離的操作。

假設加入的萃取劑S的量正好使三元混合物的狀態點落于M點，則此時三元混合物分相為萃取相E和萃余相R，這樣溶質A就得到了分離。如圖，連接SE并延長與AB線相交于S’點，該點則表示萃取相E經過脫溶劑后獲得的A和B混合液；同理，R’則表示萃余相經過脫溶劑后獲得的A和B混合液。由圖可知，經過分離后，萃取相E經脫溶劑后的溶液中溶質A得到了增加，而萃余相中A減少了，達到了分離的目的。

此外，根據相圖，還可以確定某萃取劑S經過一次萃取過程能夠獲得的萃取相中溶質A最高濃度值，由此可以判斷萃取劑選擇的優劣。如圖1，通過萃取劑S點做液液平衡曲線的切線，并延長與AB線相交，交點為E’_max，該點即為萃取劑S一次萃取過程所能達到的極限分離效果。

    在液液相平衡圖中，各點的量可以通過杠桿原理獲得，即相互之間的關系可以通過線段（實質是濃度大小）的比值來求取。如圖1中M點處，加入的萃取劑的量S與原料液F的關系可以表示為F/S = SM/FM；萃取相E和萃余相R的量之間的關系可表示為E/R = MR/ME；對于脫溶劑后的萃取相E’和萃余相R’之間量的比值則為E’/R’ = FR’/FE’；其他則可類推。