假设有A和B两种物质形成的混合液体，需要将其中的溶质A和溶剂B分开，而由于某些原因，如两者相对挥发度接近于1、某物质在较高温度下分解或失活等，此时需要借助添加第三种物质——萃取剂S来完成溶质A向S的转移，最终实现A和B的分离。在选择萃取剂S时，需要考虑很多因素（溶解性、流动性、经济性等），其中最重要的莫过于是A、B和S之间的溶解性问题，也即三者形成的液液平衡问题，因此在选择萃取剂S时，进行实验测定液液相平衡是必不可少的，通过液液相平衡相图可以获得分离所能达到的极限、所需溶剂的量等等。
图1为一典型的液液萃取过程相图表述实例。三个顶点A、B和S代表各自为纯组份，图中拱形曲线为三元液液平衡线，由图可知溶剂B和萃取剂S部分互溶。连接R、E两点的线为联结线，R和E为共轭相，即在RE联结线上的三相组成均分裂为R和E两相，通常称E相为萃取相，而R相称为萃余相。
图1 液液萃取过程相图
假设有一组成为xF的A和B混合物溶液，进料量为F。逐渐在混合液中加入萃取剂S，从而三相混合物的状态点随着S加入量的增加在FS线上从F点逐渐向S点移动（在混合液中随着萃取剂S的加入，状态点只能在FS的连线上移动，这时因为A和B两者在混合液中比例与加入的S量无关，始终保持不变）；在第一次与液液平衡线相交时，即O点，该处对应的为要实现萃取操作所需要最少量萃取剂的点；继续增加S的量则进入液液分相区，如与RE线相交于M点，在该点液体混合物分为E和R两相，实现A和B的分离；再继续增加S的量，直至P点，该点对应的加入萃取剂最大量的点，当再增加S时，则进入A、B和S完全混溶区，无法实现分离的操作。
假设加入的萃取剂S的量正好使三元混合物的状态点落于M点，则此时三元混合物分相为萃取相E和萃余相R，这样溶质A就得到了分离。如图，连接SE并延长与AB线相交于S’点，该点则表示萃取相E经过脱溶剂后获得的A和B混合液；同理，R’则表示萃余相经过脱溶剂后获得的A和B混合液。由图可知，经过分离后，萃取相E经脱溶剂后的溶液中溶质A得到了增加，而萃余相中A减少了，达到了分离的目的。
此外，根据相图，还可以确定某萃取剂S经过一次萃取过程能够获得的萃取相中溶质A最高浓度值，由此可以判断萃取剂选择的优劣。如图1，通过萃取剂S点做液液平衡曲线的切线，并延长与AB线相交，交点为E’max，该点即为萃取剂S一次萃取过程所能达到的极限分离效果。
在液液相平衡图中，各点的量可以通过杠杆原理获得，即相互之间的关系可以通过线段（实质是浓度大小）的比值来求取。如图1中M点处，加入的萃取剂的量S与原料液F的关系可以表示为F/S = SM/FM；萃取相E和萃余相R的量之间的关系可表示为E/R = MR/ME；对于脱溶剂后的萃取相E’和萃余相R’之间量的比值则为E’/R’ = FR’/FE’；其他则可类推。
