La atomización, que convierte las muestras en átomos e iones en fase gaseosa, es esencial para la espectroscopia atómica. La temperatura de la llama necesaria para la atomización afecta la eficiencia de los métodos espectroscópicos atómicos al aumentar la eficiencia de atomización y la población relativa de los estados excitado y fundamental.

En el equilibrio térmico, las poblaciones relativas de átomos excitados y fundamentales se pueden estimar utilizando la distribución de Maxwell-Boltzmann. Por ejemplo, un aumento de la temperatura de 2500 K a 2600 K puede aumentar la población de átomos de sodio en estado excitado en un 45%, mientras que la disminución de la población en estado fundamental es insignificante. Dado que la espectroscopia de emisión atómica (AES) se basa en la emisión de fotones de estos estados excitados, depende en gran medida de la temperatura. En cambio, la espectroscopia de absorción atómica (AAS) y la espectroscopia de fluorescencia atómica (AFS) dependen principalmente de la población en estado fundamental y tienen una dependencia de la temperatura menos significativa. Sin embargo, en el caso de elementos fácilmente ionizables, un aumento de la temperatura de la llama provoca una pérdida de átomos por ionización, lo que afecta negativamente a la intensidad espectral de absorción y fluorescencia.

Además, en la espectroscopia atómica en general, una temperatura más alta aumenta la velocidad de los átomos, lo que hace que el efecto Doppler sea más pronunciado. Esto da como resultado el ensanchamiento de las líneas espectrales atómicas y la disminución de la altura de los picos.