本申请涉及一种从矿物油中分离混合二甲基萘的方法和系统，该方法包括：萃取步骤，包括使用萃取溶剂对所述矿物油进行萃取，得到富含烷烃的萃余油物流以及富含芳烃和萃取溶剂的萃出相物流；其中，所述萃取溶剂为离子液体；蒸馏步骤，包括：使富含芳烃和萃取溶剂的萃出相物流在第一蒸馏塔中进行第一蒸馏，得到第一蒸馏塔塔顶物流和第一蒸馏塔塔底物流；使第一蒸馏塔塔底物流在第二蒸馏塔中进行第二蒸馏，得到产物混合二甲基萘。采用该方法可以将矿物油馏分中所含的混合二甲基萘组分富集到95％以上，为混合二甲基萘的进一步高附加值利用提供高纯度原料。