L'atomizzazione, ovvero la conversione dei campioni in atomi e ioni in fase gassosa, è essenziale per la spettroscopia atomica. La temperatura della fiamma richiesta per l'atomizzazione influisce sull'efficienza dei metodi di spettroscopia atomica aumentando l'efficienza di atomizzazione e la popolazione relativa degli stati eccitati e fondamentali.

All'equilibrio termico, le popolazioni relative degli atomi eccitati e fondamentali, possono essere stimate utilizzando la distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Per esempio, un aumento della temperatura da 2500 K a 2600 K può far aumentare la popolazione degli atomi di sodio allo stato eccitato del 45%, mentre la diminuzione della popolazione allo stato fondamentale è trascurabile. Siccome la spettroscopia di emissione atomica (AES) si basa sull'emissione di fotoni da questi stati eccitati, è altamente dipendente dalla temperatura. Al contrario, la spettroscopia di assorbimento atomico (AAS) e la spettroscopia di fluorescenza atomica (AFS) dipendono principalmente dalla popolazione dello stato fondamentale e hanno una dipendenza dalla temperatura meno significativa. Tuttavia, per gli elementi facilmente ionizzabili, un aumento della temperatura della fiamma provoca una perdita di atomi per ionizzazione, influenzando negativamente l'assorbimento e l'intensità spettrale della fluorescenza.

Inoltre, nella spettroscopia atomica in generale, una temperatura più elevata aumenta la velocità degli atomi, rendendo l'effetto Doppler più pronunciato. Questo determina l'ampliamento delle linee spettrali atomiche e la diminuzione dell'altezza del picco.