在火焰原子化中，是通過混合助燃氣(氣體氧化物)和燃氣(氣體燃料)，將液體試樣霧化并帶入火焰中進行原子化。將試液引入火焰并使其原子化經歷了復雜的過程。這個過程包括霧粒的脫溶劑、蒸發、解離等階段。在解離過程中，大部分分子解離為氣態原子。在高溫火焰中，也有一些原子電離。與此同時，燃氣與助燃氣以及試樣中存在的其它物質也會發生反應，產生分子和原子。被火焰中的熱能激發的部分分子、原子和離子也會發射分子、原子和離子光譜。
復雜的原子化過程直接限止了方法的精密度，成為火焰原子光譜中十分關鍵的一步。
