A separação de células é a primeira operação pós-cultivo, independentemente da localização do produto (intra ou extracelular). Operações e processos típicos são: centrifugação, filtração, floculação e flotação.

Na separação/recuperação de produtos intracelulares, a primeira operação, após a separação de células, visa o rompimento das mesmas a fim de que o produto seja liberado. Os métodos empregados para a lise das células podem ser mecânicos ou não-mecânicos, ou ainda uma combinação de ambos. Nos mecânicos, são empregados equipamentos que imprimem forte cisalhamento e, nos não-mecânicos, são utilizados métodos térmicos, químicos ou enzimáticos.

Na indústria farmacêutica, vários antibióticos são purificados por cristalização. Cristalização pode também ser empregada para a purificação de enzimas.

A purificação de biomoléculas por cromatografia é baseada na elevada seletividade deste procedimento. O equipamento para esta operação é constituído por uma coluna contendo um determinado material suporte, que compõe a fase móvel, escolhido em função das propriedades físico-químicas da biomolécula a ser purificada. Os componentes da mistura são distribuídos na fase móvel e separados por eluição por meio da fase estacionária. Cromatografia por adsorção, por troca-iônica, por afinidade, por partição, por peneira molecular, por hidrofobicidade são variantes deste procedimento de purificação de biomoléculas.

Acetona, butanol e etanol, solventes produzidos por bactérias do gênero Clostridium, são separados industrialmente por destilação, devido à alta volatilidade que apresentam.