Atomizacja, czyli przekształcanie próbek w atomy i jony fazy gazowej, jest niezbędna do spektroskopii atomowej. Temperatura płomienia wymagana do atomizacji wpływa na wydajność metod spektroskopii atomowej poprzez zwiększenie wydajności atomizacji i względnej populacji stanów wzbudzonych i podstawowych.

W stanie równowagi termicznej względne populacje atomów stanu wzbudzonego i podstawowego można oszacować, korzystając z rozkładu Maxwella–Boltzmanna. Na przykład, wzrost temperatury z 2500 K do 2600 K może zwiększyć populację atomów sodu w stanie wzbudzonym o 45%, podczas gdy spadek populacji stanu podstawowego jest nieistotny. Ponieważ spektroskopia emisyjna atomów (AES) opiera się na emisji fotonów z tych stanów wzbudzonych, jest ona silnie zależna od temperatury. W przeciwieństwie do tego, spektroskopia absorpcji atomowej (AAS) i spektroskopia fluorescencji atomowej (AFS) zależą przede wszystkim od populacji stanów podstawowych i mają mniej znaczącą zależność od temperatury. Jednak w przypadku łatwo jonizujących się pierwiastków, wzrost temperatury płomienia powoduje utratę atomów na skutek jonizacji, co niekorzystnie wpływa na intensywność widma absorpcyjnego i fluorescencyjnego.

Ponadto, w przypadku spektroskopii atomowej, wyższa temperatura zwiększa prędkość atomów, co powoduje silniejsze zjawisko Dopplera. W efekcie dochodzi do poszerzenia linii widmowych atomów i zmniejszenia wysokości szczytów.