Beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen findet eine anhaltende Verbrennung von Kraftstoff unter hohem Druck in einer wasser- oder luftgekühlten Brennkammer statt. Es werden verschiedene Kraftstoffe wie Brenngase (z. B. Propan, Ethylen, Propen, Butan, Acetylen, Wasserstoff) und flüssige Brennstoffe (z. B. Diesel, Kerosin) sowie deren Kombinationen verwendet. Das vorherrschende Oxidationsmittel ist in der Regel Sauerstoff, aber auch Luft (bekannt als HVAF, abgeleitet von High-Velocity-Air-Fuel) kommt zum Einsatz. Der erzeugte hohe Druck des brennenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches in der Brennkammer und die anschließende Expansionsdüse (meist eine Lavaldüse) erzeugen die erforderliche hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls.

Üblicherweise werden pulverförmige Spritzwerkstoffe mit einer Korngröße von 1–150 µm entweder axial in die Brennkammer oder radial im Bereich der Expansionsdüse eingebracht. Dies beschleunigt die Spritzpartikel auf hohe Geschwindigkeiten, wodurch  sehr dichte Spritzschichten mit ausgezeichneten Haftungseigenschaften entstehen. Aufgrund der präzisen und ausreichenden Wärmeeinbringung erfährt der Spritzwerkstoff während des Spritzprozesses nur geringfügige metallurgische Veränderungen.