Có ba phương pháp cơ bản được sử dụng để chiết xuất tinh dầu từ thực vật: chưng cất, ép, và chiết xuất bằng dung môi hoặc chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn. Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất, bao gồm cả nước và hơi nước, có từ năm 1928 khi Joseph Franklin Clevenger công bố hướng dẫn chế tạo thiết bị "để xác định tinh dầu bay hơi". Thiết bị này bao gồm một bình để chứa nguyên liệu thực vật và nước, một bộ phân tách để tách dầu khỏi nước trong một ống chia độ, và một bình ngưng để thu thập sản phẩm từ quá trình này. Quá trình chưng cất hơi nước của Clevenger đã thay thế phương pháp trước đây cồng kềnh hơn, đun sôi nguyên liệu thực vật trong nước và chờ đợi cho đến khi dầu nổi lên trên mặt nước—một công việc tốn thời gian. Thiết bị của Clevenger tỏ ra mỏng manh, và việc đặt van tách đúng cách trở nên phức tạp, vì vậy vào năm 1951, Jakub Deryng đã thực hiện các sửa đổi và công bố phương pháp của mình. Thiết kế của Deryng, với một số sửa đổi, vẫn được sử dụng vào thế kỷ 21, mặc dù các kỹ thuật hiện đại hơn như sử dụng vi sóng và chất lỏng siêu tới hạn—những chất lỏng như carbon dioxide và nước, có các đặc tính của cả chất lỏng và chất khí—đã được áp dụng.
Chưng cất sử dụng hơi nước để phá hủy thực vật và thu giữ hơi nước bốc lên từ đó. Hơi nước chứa các terpen tạo nên hương thơm của cây. Thân, lá, hoa, rễ hoặc vỏ cây có thể được sử dụng trong quá trình này. Có nhiều loại chưng cất khác nhau được sử dụng cho các loại cây khác nhau, nhưng tất cả đều liên quan đến việc đặt nguyên liệu thực vật trên một lưới hoặc màn trong một thùng chứa kín để độ ẩm có thể bao quanh nguyên liệu.
Chưng cất bằng nước đặt thực vật trực tiếp trong nước bên trong thùng chứa và đun sôi nước cho đến khi tạo ra hơi nước. Hơi nước thấm vào cây, làm cho nó phân rã và giải phóng các terpen. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả với những bông hoa, vốn rất mỏng manh và dễ bị phân hủy khi gặp hơi nước.
Chưng cất bằng nước và hơi nước ít trực tiếp hơn, đặt thực vật trên màn nhưng giữ nước bên dưới. Hơi nước bốc lên và thấm qua thực vật, thu giữ các terpen khi nó bay lên trong thùng chứa.
Chưng cất hơi nước loại bỏ nước bên trong thùng chứa; thay vào đó, hơi nước được tiêm vào thùng chứa dưới áp suất cao từ phía dưới. Khi hơi nước bốc lên, thực vật phân rã, giống như trong các phiên bản trực tiếp hơn của quá trình này.
Chưng cất bằng thủy phân hơi nước tiêm hơi nước từ phía trên của thùng chứa thay vì từ phía dưới. Phương pháp này đặc biệt tốt để chiết xuất tinh chất từ những phần cứng của cây như vỏ cây hoặc thân cây gỗ.
Trong tất cả các phương pháp này, hơi nước bốc lên từ thực vật được dẫn vào một bình ngưng, nơi hơi nước nguội lại. Chất lỏng thu được chứa nước từ quá trình chưng cất và tinh dầu, nhẹ hơn nước và nổi lên trên. Điều này giúp dễ dàng thu thập dầu bằng cách tách ra.
Tinh dầu thu được từ vỏ quả hoặc cùi quả được thu thập bằng cách ép, đôi khi được mô tả là ép lạnh. Quá trình cơ học này không sử dụng nhiệt mà liên quan đến việc quay và đâm thủng quả trong một máy móc và thu thập nước ép và tinh dầu phía dưới. Điều này cho phép tinh dầu nổi lên trên chất lỏng, để lại nước ép bên dưới. Tinh dầu chanh, cam, chanh xanh, quýt và các loại tinh dầu từ quả khác được ép theo cách này.
Phương pháp thứ ba, chiết xuất bằng dung môi, được sử dụng khi thực vật quá mỏng manh để chịu được áp suất hơi nước trong quá trình chưng cất hoặc sự tác động mạnh trong quá trình ép. Những bông hoa mỏng manh như hoa nhài và hoa dành dành sẽ không thể cung cấp tinh dầu bằng các phương pháp này, do đó các nhà sản xuất sử dụng dung môi để chiết xuất terpen và diệp lục từ những loại cây này, cùng với một số chất rắn và sáp thực vật có trong cây. Điều này tạo ra một hợp chất gọi là "concrete"—không liên quan đến xi măng—sau đó được kết hợp với rượu để tạo ra "absolute", một chất có mùi thơm cho các mục đích cụ thể như nước hoa và mỹ phẩm. Dung môi sử dụng trong phương pháp này có thể bao gồm ethanol, methanol, hexane hoặc ether dầu mỏ. Các dung môi này được loại bỏ vào cuối quá trình, chỉ để lại 5 đến 10 phần triệu (ppm) cặn dung môi. Tinh dầu được chiết xuất theo cách này không thích hợp để sử dụng lên da hoặc ăn uống; chúng thường chỉ được sử dụng cho liệu pháp hương thơm hoặc là thành phần trong các sản phẩm có mùi hương không ăn được.
Chiết xuất CO2 siêu tới hạn sử dụng carbon dioxide ở áp suất rất cao, biến chất lỏng thành khí cho đến khi không còn sự phân biệt giữa hai trạng thái. Chất thu được từ quá trình này có thể đi qua nguyên liệu thực vật và mang theo tinh dầu. Phương pháp tương đối mới này đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác, đặc biệt là trong việc loại bỏ caffeine từ hạt cà phê.
