Les photomètres à flamme fonctionnent en séparant un échantillon chimique en ses atomes et molécules constitutifs, puis en analysant les couleurs émises par les produits chimiques au fur et à mesure qu'ils absorbent puis libèrent de l'énergie. Les photomètres à flamme sont le plus souvent utilisés en chimie inorganique comme moyen de détecter et d'identifier les composés présents dans les sels métalliques.
Certains des produits chimiques courants détectés par les photomètres de flamme incluent le sodium, le potassium, le lithium, le calcium et le baryum. Les photomètres à flamme utilisent une flamme qui combine le gaz naturel et l'oxygène. Étant donné que les photomètres à flamme utilisent une flamme à température relativement basse, ils ne conviennent que pour étudier des substances qui s'ionisent facilement. Les photomètres à flamme excellent dans la détection et l'étude des métaux alcalins terrestres.
Les photomètres à flamme ont une grande variété d'applications et sont utilisés dans des environnements cliniques, de laboratoire et environnementaux. La pureté de l'échantillon est un aspect important de l'utilisation d'un photomètre à flamme. En règle générale, les travailleurs de laboratoire étalonnent les photomètres à flamme avant de commencer l'analyse d'un échantillon chimique. Pour ce faire, les travailleurs utilisent une série de produits chimiques appelés « solutions standard », pour lesquels les résultats appropriés sont déjà connus. En testant ces solutions standard, le travailleur de laboratoire peut effectuer des ajustements précis sur l'appareil pour s'assurer que les résultats du test sont valides. De nombreux cours universitaires de chimie enseignent aux étudiants l'utilisation des photomètres à flamme.