La solubilité d'une espèce chimique dans un solvant a deux définitions :

• qualitative : tendance d'une espèce chimique à se dissoudre dans un solvant ;
• quantitative : concentration maximale en espèce dissoute dans un solvant par unité de volume de solution. Si une quantité de matière supérieure à cette limite est introduite, la solution est saturée, le solide introduit de façon excédentaire ne se dissout pas.

Ex. : la solubilité du chlorure de sodium dans l'eau vaut environ 360 g/L à température standard.
La solubilité du chlorate de potassium KClO₃ vaut 73 g/L à température standard. Celle du nitrate de sodium NaNO₃ vaut 912 g/L.
On peut indiquer que le nitrate de sodium est très soluble dans l'eau, le chlorure de sodium est moyennement soluble dans l'eau et le chlorate de potassium est très peu soluble dans l'eau.

La solubilité d'un composé dans l'eau s'explique par l'action plus ou moins efficace que le solvant peut exercer pour dissocier le solide. Elle-même s'explique par l'intensité des interactions entre :

• les entités du solide entre elles, deux à deux ;
• une entité du solide et une molécule du solvant.

Si l'action du solvant l'emporte, le solide est facilement dissocié puis solvaté. Inversement, si les interactions entre les entités du solide entre elles l'emportent, la solubilité est faible.
D'une manière générale, une espèce ionique ou polaire est soluble dans un solvant polaire (par interactions électrostatique et entre dipôles permanents). Une espèce apolaire est soluble dans un solvant apolaire (par interaction entre dipôles instantanés).

La miscibilité désigne quant à elle la tendance de deux corps purs à l'état liquide à se mélanger totalement l'un et l'autre, en quelques proportions que ce soit. L'eau et l'éthanol sont miscibles, en tant que deux espèces polaires. L'eau et l'huile ne sont pas miscibles, une des espèces est polaire et l'autre est apolaire.

Il est possible d'employer un solvant pour extraire une espèce chimique d'un mélange. On peut par exemple employer du cyclohexane pour extraire la caféine d'un café. Le solvant choisi est alors appelé le solvant extracteur.
Un solvant est un bon solvant extracteur pour une espèce chimique donnée dans un mélange donné à conditions que :

• l'espèce à extraire soit davantage soluble dans le solvant extracteur que dans le solvant du mélange ;
• le solvant extracteur et le solvant du mélange ne sont pas miscibles.

L'extraction liquide-liquide s'opère dans une ampoule à décanter selon le protocole suivant :

• fermer le robinet de l'ampoule et la disposer verticalement sur son support ;
• prélever le volume souhaité du mélange contenant l'espèce à extraire ;
• introduire l'échantillon dans l'ampoule à décanter ;
• introduire le volume souhaité de solvant extracteur dans l'ampoule ;
• boucher l'ampoule, agiter et dégazer régulièrement ;
• reposer l'ampoule et laisser décanter ;
• ouvrir le bouchon et le robinet de l'ampoule puis collecter les deux phases dans deux récipients différents ;
• laisser le solvant extracteur s'évaporer et récupérer l'espèce extraite.

Au cours d'une extraction liquide-liquide, le mélange global est hétérogène, il présente deux phases : une phase dite organique qui contient le solvant et les espèces apolaires, et une phase aqueuse qui contient l'eau et les espèces polaires. La phase supérieure est la phase la moins dense, la phase inférieure est la phase la plus dense.

Remarque : parfois, l'extraction d'une espèce dans un mélange est très simple, si l'espèce est dans un état physique différent du reste (par exemple un solide dans un solvant liquide, auquel cas une filtration permet de le séparer).