由于各稀土元素的性质和用途各不相同，在精矿分解后得到的是混合稀土，需要将其分离使用，目前分离稀土的方法主要有溶剂萃取法和离子交换法。
溶剂萃取是一种利用有机溶剂从与其不相混溶的液相中将某种物质提取出来的方法。稀土元素的萃取分离属于无机物萃取。
与经典的分离方法相比，用溶剂萃取法分离稀土元素具有以下特点：
（1）溶剂萃取法处理容量大，反应速率快，分离效果好，可满足生产高纯产品和精细分离的要求，并且一般有较高的收率。
（2）可进行连续、快速生产，易于实现自动化和电子计算机控制。
（3）由于萃取剂可循环使用，工艺过程损耗较少，分离成本较低。
（4）便于安全生产，有利于环境保护。
目前，工业上应用的分离稀土元素的萃取剂主要是以P507、P204为代表的酸性膦类萃取剂，我国在萃取理论和萃取生产工艺方面都处于世界领先地位。现在溶剂萃取法的实践和理论正在蓬勃发展，新的稀土萃取剂和新的溶剂萃取分离工艺研究以及萃取机理和萃取化学规律的研究日益受到人们的重视。 离子交换是指离子交换树脂中的交换基团与溶液中金属离子的多相化学反应。离子交换分离方法分为离子交换色层法和萃淋树脂法（萃取色层法）两种。 离子交换色层法是利用被吸附离子与离子交换树脂间的亲和力差异、被吸附离子与淋洗剂所生成配合物的稳定性差异和分离柱中延缓离子等的联合作用，使性质十分相近的有价组分离子进行分离和提纯的方法。 进行离子交换色层分离时，被吸附离子与离子交换树脂间的亲和力的差异仅起到次要作用，主要靠被吸附离子与淋洗剂所生成的配合物稳定性差异及分离柱中延缓离子等的联合作用。目前，离子交换色层法主要用于稀土元素和其他微量物质的分离。
萃淋树脂法是20世纪70年代发展起来的一种新型分离方法。它是以吸附在惰性支体上或与树脂聚合的萃取剂作固定相，以无机水溶液作移动相，用于分离无机物质的一种新的分离技术。它的基本原理是液-液萃取和色层技术结合，根据各组分在两相中的分配比不同而分离。萃淋树脂法分离稀土的反应过程包括两部分，即稀土元素在树脂上的吸附负载和稀土元素的淋洗分离。目前，萃淋树脂法主要用于高纯重稀土的生产。 虽然离子交换色层法存在生产周期长、生产效率低和成本高的缺点，但是由于离子交换色层法的设备简单、操作容易、投资少，尤其是能有效地生产高纯单一稀土产品，因此，它仍然是分离提纯稀土元素的重要方法之一。