火焰原子化器是早期的原子熒光光譜分析中最常用的一種原子化器，其主要原因一方面是這類原子化器裝置簡單，操作簡便；另 一方面是由于早期的原子熒光儀器裝置都是由原子吸收儀器改裝而 來，而火焰原子化器是原子吸收光譜儀中最通用的原子化器，因此 也就很自然地成了早期原子熒光儀器首選的原子化器。
火焰原子化器產生的火焰有多種類型。按燃氣和助燃氣的混合方式不同可分為預混合型層流火焰和紊流式分離火焰；按燃氣和助燃氣的性質分類，在原子熒光光譜分析中常用的有氫-氧火焰、空 氣-乙供火焰和贏-氫火焰等。無論哪種火焰都可以將其分成四個區域，現以石英管加熱火焰為例，如下圖所示：最內層為預熱區， 試樣在這一區域內被加熱到所要求的溫度進行蒸發；第一反應區為原子化區，此區域溫度較高，被測元素大多數在此區域中進行還原反應，是產生基態原子的主要區域；第二反應區為原子離子化區 域，從第一反應區進來的原子在此區域中進行氧化反應；最外層稱為擴散區，在此區域中氧比較充分，燃燒完全，燃燒后所產生的氧基擴散到空氣中去又產生再化合過程。因此在原子熒光光譜分析中，應盡量將激發光源聚焦在第一反應區，以便獲得最大的熒光強度和最佳的信噪比。
不同火焰的原化器其原子化過程基本相同：首先是將分析溶液進行霧化形成潮濕的氣溶膠，然后將氣溶膠去濕后送入原子化器，在火焰中高溫加熱，經過脫溶、熔融或升華成為分子蒸氣，其中的部分蒸氣被解離為自由原子，再經過激發和去激發過程而發射出原子熒光。由此過程可以看出，火焰原子化器的原子化效率，除了跟樣品的霧化效率有關外，還與各種被測元素的物理化學性質、 解離能、熔融熱和汽化熱以及燃氣和助燃氣的種類、火焰的溫度等密切相關。
不同火焰的原子化器原子化過程雖基本相同，但原子化機理卻各有區別。以空氣-乙煥火焰為例，該火焰以乙煥為燃氣，空氣為助燃氣，一般溫度可達2400?3200K。在燃燒過程中經歷著如下復雜的反應過程：
H+O2→OH + O
OH+C2H2 →H2O+C2H
O+C2H2→OH+C2H
C2H+C2→ H4C2+H
CH*+O→CO* +H
C2H+O→CO+CH*
其中*表示激發態分子。
除了上述的反應外，火焰中的各種成分還與被測元素產生高溫化學反應。同時當火焰中有CH*、C2H、C 等物質存在時構成強還原性的火焰，可使難熔氧化物解離，從而提高了原子化效率。
在國內外有關原子熒光的商品儀器中，曾采用火焰原子化器的儀器有美國 Technicon 公司的 AFS-6型，采用預混合型的空氣-乙 煥火焰，得到了較好的檢出限（見下表）；我國中科院上海冶金研究所研制的雙道非色散原子熒光光譜儀也采用了空氣-乙煥火焰作原子化器，并采用了氮屏蔽隔離技術，檢測了 Zn、Cd、Mg 等元素的檢出限和線性范圍，見下表。
上海冶金研究所原子熒光測得的各元素的檢出限和線性范圍
元素 | 檢出限/(μg/mL) | 線性范圍/(μg/mL) |
Zn | 0.0003 | 0.003~3 |
Cd | 0.0002 | 0.003~10 |
Mg | 0.0007 | 0.003~3 |
Mn | 0.03 | 0.003~10 |
Fe | 0.02 | 0.03~3 |
Ni | 0.01 | 0.03~30 |
Co | 0.01 | 0.03~30 |
但在以后的原子熒光商品儀器的發展中卻很少采用上述帶燃氣 和助燃氣的火焰原子化器，其主要原因是該類原子化器除了存在易發生熒光猝滅現象，試樣在火焰中被氣體成萬倍地稀釋等缺點外，還有試樣在霧化器中的霧化效率和傳輸效率也不高，導致了原子化效率和熒光量子效率不高，從而影響了儀器檢出限的進一步改進。 這些缺陷用無火焰原子化器就能得到一定程度的克服。