Beim atmosphärischen Plasmaspritzen brennt zwischen einer stabförmig, zentrisch angeordneten Wolframkathode und einer ringförmigen wassergekühlten Kupferanode ein eingeschnürter Lichtbogen mit hoher Energiedichte. Dieser Lichtbogen gibt einen Großteil seiner Wärmeenergie an das Gas ab, welches ionisiert ( Ar, He ) oder bei zweiatomigen Gasen (H2, N2) zunächst dissoziiert und dann ionisiert wird. Bei der Rekombination wird die aufgenommene Wärmeenergie wieder abgegeben, und ein elektrisch neutraler Plasmastrahl verlässt die Brenndüse (Anode) mit hoher Geschwindigkeit und Temperaturen von 3000 bis 30000 K. Damit können alle Metalle, auch hochschmelzende Oxide, Karbide und Silizide aufgeschmolzen und verspritzt werden. Voraussetzung ist jedoch, dass die Werkstoffe sich im Plasmastrahl nicht zersetzen oder vollständig verdampfen.

Der pulverförmige Beschichtungswerkstoff wird mit Hilfe eines Trägergases innerhalb oder außerhalb des Brenners in die Plasmaflamme geblasen, geschmolzen und auf die vorbehandelte Oberfläche des zu beschichtenden Grundwerkstoffes gespritzt.

Da die Verweilzeit des Pulvers im Plasma im Mikrosekundenbereich liegt und die unterschiedlichen Spritzwerkstoffe dabei trotzdem aufschmelzen müssen, sind die Korngrößen der Spritzpulver in engen Toleranzen einzuhalten.