Атомы, находящиеся в состоянии одно­атомного пара, при тепловом воздействии переходят в возбужденное состояние: валентный электрон с s-подуровня переходит на р- или d-подуровень. Такое со­стояние крайне неустойчиво, и атом возвращается в основное состояние, ис­пуская квант света определенной длины волны. Если его энергия оказывается в видимой части спектра и имеет высокую интенсивность, этот переход приводит к появлению окраски.

Соли натрия окрашивают пламя в характерный желтый цвет. Пламя представ­ляет собой высокотемпературную плазму, в которой протекают процессы атомизации. Часть ионов натрия на ничтожные доли секунды превращается в атомы: Na⁺ + е^– = Na. Атомы натрия, находившиеся за счет возбуждения в пламени в состоянии 1s²2s²2p⁶3p¹, практически мгновенно переходят в основное состояние 1s²2s²2p⁶3s¹, испуская кванты света длиной волны 589,6 и 589,0 нм. Последние соответствуют желтой линии в спектре испускания (переход 3p —> 3s). Интенсив­ность этой линии настолько велика, что она легко заметна невооруженным глазом.

Таким образом, щелочные металлы легко обнаружить по окрашиванию пламе­ни:

натрий окрашивает пламя в характерный желтый цвет,

литий окрашивает пламя  в карминово-красный цвет,

калий — в фиолето­вый,

рубидий и цезий — в розово-фиолетовый.

Следует, однако, иметь в виду, что в присутствии натрия их окраска незаметна.