Az illóolajok tömény, zsírban oldódó és általában vízzel nem keveredő folyadékok, amelyek illékony vegyületeket tartalmaznak, és növényekből vonják ki őket.
Az illóolajok nevüktől eltérően nem olajok, mivel az olajok fő tulajdonsága az, hogy fehér papírra cseppentve zsíros nyomot hagynak, és szobahőmérsékleten jelentéktelen a párolgásuk.
Az illóolajoknak éppen az a legjellemzőbb tulajdonsága, hogy szobahőmérsékleten is jelentős gyorsasággal elpárolognak, ami után jellemzően nem hagynak nyomot.
Vannak ugyanis olyan illóolajok, amelyek olyan összetevőket is tartalmaznak, amelyek színesek, így az olaj elillanása után nem zsíros, de színes foltot hagynak maguk után egy tesztpapíron is (pl. pacsuli, vetiverfű, kék kamilla stb.)
Az illóolajokat definíció szerint desztillációval vagyis lepárlással (víz-, vízgőz-, vagy gőzlepárlás) vagy hidegen sajtolással állítják elő.
Félreértelmezhetően gyakran az oldószeres extrakciót is az illóolajok kivonásaként tüntetik fel, azzal a növények, elsősorban a finom növényi alkatrészek (pl. virágok) illékony komponenseit vonják ki, amelynek a végeredménye a konkrét illetve annak a tisztított változata az abszolút tinktúra.
Illatuk általában jellemző az adott növényekre, amelyekből kivonták őket.
Ezen tulajdonságát használjuk fel az illóolajok tisztaságának megállapítására is, ugyanis ha el is illan a fehér papírra cseppentett illóolaj, de a papíron a legkisebb nyomát is látjuk a cseppnek, akkor nem 100%-osan tiszta a vizsgált illóolaj.
Az illóolaj tehát sok vegyületből álló vegyes komponensű, folyékony halmazállapotú, 100%-ban illékony anyagok elegye, amely alkotórészei miatt jelentős gyógyhatással bír. Fényre, hőre, levegőre érzékenyek, mert azok az oxidációt és gyantásodást elősegítik.
Az illóolajok színe áttetsző, bár van ámbra vagy sárga színű olaj is, mint például a pacsuli- vagy narancsolaj. Mivel a növény valódi eszenciáját tartalmazzák, ezért csak kis mennyiséget kell belőlük használni. Nem szabad összetéveszteni őket a parfümolajokkal, mivel ez utóbbi anyagokat szintetikusan (mesterségesen) állítják elő, ezért terápiás hatásuk nincs.
Forráspontjuk általában 150–300 °C között van, vízgőzzel azonban már 100 °C körül átdesztillálhatók.
