Le plasma provoque l'excitation des atomes de sorte les électrons de valence sont portés à un niveau d'énergie plus élevé ou jusqu'à parfois même être expulsés du nuage électronique. Dans ce cas extrême, un ion positif et un électron libre sont formés.
Les électrons des atomes excités, portés à un niveau d'énergie supérieur, essaient spontanément de retourner à leur état de fondamental et les ions positifs essayer de récupérer des électrons libres. Dans tout le plasma stationnaire, les deux processus inverses sont actifs, à savoir excitation-ionisation et recombinaison ramenant les espèces dans état fondamental.
Le processus de recombinaison ou de désexcitation de l'atome revient à abaisser son énergie, la différence d'énergie entre les deux états est émise sous forme de rayonnement électromagnétique. Le quantum d'énergie émis en cas de recombinaison d'un ion et d'un électron est très élevée et le rayonnement de haute énergie qui en résulte est dans le domaine de l'UV. Le rayonnement faisant suite au retour de l'électron depuis un niveau excité au niveau fondamental est généralement un rayonnement dans le domaine du visible.
Comme la largeur de bande interdite entre le niveau fondamental et des niveaux élevés dans le nuage électronique est une quantité d'énergie quantifiée pour chaque type atome, la fréquence du rayonnement électromagnétique émis est également spécifique à chaque espèce. Il en résulte une couleur typique pour chaque gaz de procédé.
Des couleurs typiques sont par exemple:
- CF4: bleu
- SF6: Bleu laiteux
- SiF4: Bleu léger
- SiCl4: Léger bleu
- Cl2: vert laiteux
- CCl4:vert léger
- H2: rose
- O2: Jaune laiteux
- N2: rouge à jaune
- Br2: rouge
- He: rouge à violet
- Ne: rouge pur
- Ar: Rouge foncé
La couleur du plasma n'est pas uniquement caractéristique de la nature des gaz de procédé employés, mais aussi de sa densité et du degré de contamination.
