Beim atmosphärischen Plasmaspritzen erfolgt in einem Plasmabrenner die Trennung zwischen einer Anode und bis zu drei Kathoden durch einen schmalen Spalt. Durch Anlegen einer Gleichspannung entsteht ein Lichtbogen zwischen der Anode und den Kathoden. Das durch den Plasmabrenner strömende Gas oder Gasgemisch wird durch den Lichtbogen ionisiert. Die Dissoziation und anschließende Ionisation führen zur Bildung eines stark erhitzten (bis zu 20000 K), elektrisch leitenden Gases aus positiven Ionen und Elektronen. Im entstandenen Plasmajet wird Pulver eingeführt (übliche Kornverteilung: 5–120 µm), das aufgrund der hohen Plasmatemperatur schmilzt. Der Plasmastrom trägt die geschmolzenen Pulverteilchen mit sich und schleudert sie auf das zu beschichtende Werkstück, Bauteil oder Substrat. Die Gasmoleküle kehren in kurzer Zeit in einen stabilen Zustand zurück, wodurch die Plasmatemperatur schnell abnimmt. Die Plasmabeschichtung kann unter normaler Atmosphäre, in inerter Atmosphäre (unter Schutzgas wie Argon), im Vakuum oder sogar unter Wasser erfolgen. Die Geschwindigkeit, Temperatur und Zusammensetzung des Plasmagases sind entscheidend für die Qualität der Beschichtung.