Quando os cátions metálicos são expostos à energia térmica da chama, eles absorvem essa energia, o que provoca a excitação de seus elétrons. Esses elétrons saltam de um nível de energia mais baixo (estado fundamental) para um nível mais alto (estado excitado). Essa transição só ocorre se a energia absorvida for igual à diferença entre os níveis de energia, que são discretos e quantizados. Após a excitação, os elétrons não permanecem por muito tempo no estado excitado, pois este é instável. Eles retornam rapidamente ao estado fundamental, liberando a energia que foi absorvida na forma de luz. Essa luz emitida é o que causa as cores características das chamas quando diferentes cátions metálicos são queimados.