有机溶剂萃取，常称为液-液萃取，是指将与水不相溶的有机溶剂(萃取剂)与被萃取的水溶液混合。充分搅拌后，澄清后分为两层，一层为有机相(萃取相)，一层为水相(萃余相)。

当两相处于平衡状态时，被萃取的物质按一定的浓度比分布在两相中，从而达到分离、纯化或富集的目的。这种方法可以分离非常相似的金属(如锆和铪、钽和铌、镍和钴、稀土元素等。)，并对溶液进行净化，去除微量杂质。萃取过程主要包括萃取和反萃取两个操作过程，反萃取是将被萃取物质返回水相的过程。有时有三个操作过程:萃取、洗涤和反萃取。洗涤是杂质的反萃取过程，而大部分被萃取的物质仍在有机相中被萃取。洗涤和汽提都是液-液传质过程，其操作包括两相的混合和分离。

两相只接触一次，然后分别取出萃取液和萃余液，这是单级萃取，往往达不到有效分离。在实际生产中，往往将几个萃取器串联起来，使有机相和水相多次接触，大大提高了分离效果。这种多级接触通常被称为级联萃取。液-液萃取设备包括箱式混合澄清槽、萃取塔和离心萃取器，其中箱式混合澄清槽应用最为广泛。