إن جهاز الانبعاث الذري اللهبي يشبه في مكوناته جهاز الامتصاص الذري، غير أنه لا يوجد به مصدر ضوئي للإثارة، إذ يستخدم اللهب كمصدر للطاقة يعمل على تفكك المركب وإيجاد الذرات الحرة ويقوم أيضًا بتزويد الإلكترونات بالطاقة لتتم عملية الإثارة. فكما هي الحال في الامتصاص الذري وعند وصول المحلول المراد تحليله إلى اللهب، فإن المذيب سيتبخر والمركبات تتفكك والذرات الحرة تمتص الطاقة من اللهب، وهذه الطاقة تعمل على إثارة الإلكترونات، وهذه الإلكترونات عند رجوعها إلى حالة الخمود ستبعث الكمية نفسها من الطاقة. وباستخدام محلل الضوء يمرر الشعاع ذو الطول الموجي المميز للعنصر إلى المقدر. وهذا بدوره يعين شدة الضوء المنبعث التي تتناسب طرديًا مع تركيز ذرات العنصر الموجودة في اللهب.

ويُعد الانبعاث الذري اللهبي من أكثر الطرق استخداما في تحليل العناصر القلوية. ويستخدم في هذه الحالة الإسيتلين كوقود والهواء بما يحتويه من الأكسجين كعامل مؤكسد ، إلا أن درجة حرارة هذا اللهب تُعَدُّ عالية نوعا ما، ما يؤدي إلى تأين الذرات وهذا نوع من أنواع التداخل الذي يؤثر مباشرة في نتيجة التحليل. ولتجنب هذا النوع من التداخل يستحسن استخدام البروبان كوقود، والهواء كعامل مؤكسد ، ودرجة حرارة اللهب المتكون من هذا المزيج تكون منخفضة، ولا تؤدي إلى تأين ذرات المعادن القلوية كالليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم.