如图所示，预混合火焰结构大致可分为四个区域:干燥区、蒸发区、原子化区和电离化合区。

干燥区是燃烧器靠缝隙最近的一条宽度不大、亮度较小的光带。大部分试液在这里被干燥成固体颗粒。

蒸发区亦称第一反应区。通常有一条清晰的蓝色光带。该区因燃烧尚不充分，温度还不高。干燥的固体颗粒在这里被熔化、蒸发。

原子化区是紧靠蒸发区的一小薄层，燃烧完全，火焰温度最高，是气态原子密度较高的区域，故是火焰原子光谱法重要的光谱观测区。

电离化合区，亦称第二反应区。由于燃料气在这个区充分燃烧，温度很高，而再往外层，由于冷却作用，火焰温度急剧下降，导致部分原子被电离，部分原于由于产生强烈高温化合作用而形成化合物。

自由原子在火焰中的空问分布与火焰类型、燃烧状态和元素性质有关。如下图是三种元素的吸收值沿火焰高度的分布曲线。镁最大吸收值大约在火焰的中部。开始吸收值沿火焰高度的增加而增加，这是由于长时间停留在热的火焰中，产生了大量的镁原子。然而当接近第二反应区时，镁的氧化物明显地开始形成。由于它不吸收所选用波长的辐射，以致使镁的吸收值很快下降。

中性火焰

这种火焰的燃气与助燃气的比例与它们之间化学反应计量关系相近。具有温度高、干扰小、背景低等到特点，适用于许多元素的测定。

富燃火焰

富燃火焰即燃气与助燃气比例大于化学计量。这种火焰燃烧不完全、温度低、火焰呈黄色。富燃火焰背景高、干扰较多，不如中性火焰稳定。但由于还原性强，适于测定易形成难离解氧化物的元素，如:铁、钻和镍等。

贫燃火焰

燃气和助燃气的比例小于化学计量。这种火焰的氧化性较强，温度较低，有利于测定易解离、易电离的元素。如碱金属等。