L'atomisation, qui convertit les échantillons en atomes et ions en phase gazeuse, est essentielle à la spectroscopie atomique. La température de flamme requise pour l'atomisation affecte l'efficacité des méthodes spectroscopiques atomiques en augmentant l'efficacité de l'atomisation et la population relative des états excités et fondamentaux.

À l'équilibre thermique, les populations relatives d'atomes excités et à l'état fondamental peuvent être estimées à l'aide de la distribution de Maxwell-Boltzmann. Par exemple, une augmentation de la température de 2 500 K à 2 600 K peut augmenter la population d'atomes de sodium à l'état excité de 45 %, tandis que la diminution de la population à l'état fondamental est négligeable. Étant donné que la spectroscopie d'émission atomique (AES) repose sur l'émission de photons à partir de ces états excités, elle dépend fortement de la température. En revanche, la spectroscopie d'absorption atomique (AAS) et la spectroscopie de fluorescence atomique (AFS) dépendent principalement de la population à l'état fondamental et ont une dépendance à la température moins importante. Cependant, pour les éléments facilement ionisables, une augmentation de la température de la flamme provoque une perte d'atomes par ionisation, ce qui affecte négativement l'absorption et l'intensité spectrale de fluorescence.

De plus, pour la spectroscopie atomique dans son ensemble, une température plus élevée augmente la vitesse des atomes, ce qui accentue l'effet Doppler. Cela entraîne l'élargissement des lignes spectrales atomiques et la diminution de la hauteur des pics.