L'extraction liquide-liquide est un procédé de séparation en génie chimique, consistant en une extraction par transfert de matière (solutés) entre deux phases liquides.
Contrairement à l'opération de distillation, le produit extrait ne change pas de phase : un mélange binaire dont on veut effectuer la séparation est mis en contact avec un troisième liquide non miscible appelé « solvant » et retenu pour sa capacité à extraire préférentiellement l'un des éléments du mélange. Après l'opération, on récupère deux phases séparées par décantation : l'extrait, formé du solvant enrichi en soluté, ainsi que le raffinat, le mélange appauvri en soluté.
Cette opération, ordinaire dans l'industrie chimique, permet de séparer des produits ayant des températures d'ébullition très voisines (donc une distillation trop délicate) mais ayant des propriétés physico-chimiques différentes. Au laboratoire, c'est aussi une technique de purification très employée : dans une ampoule à décanter, les deux liquides séparent les solutés en fonction de leur solubilité dans chaque solvant. Au niveau industriel, on remplace, par exemple, l'ampoule à décanter par un extracteur centrifuge (en)[1], une colonne d'extraction ou un mélangeur/décanteur.