Il fuoco è una reazione chimica — detta combustione — che corrisponde all'ossidazione di carbonio o di suoi composti allo stato gassoso ad opera dell'ossigeno contenuto nell'aria. La fiamma è la particolare porzione di spazio dove questo avviene. Tipici combustibili gassosi sono il metano, il propano e il butano, le cui molecole sono costituite da carbonio legato all'idrogeno, anch'esso infiammabile. Essi sono contenuti allo stato liquefatto in bombole di alta pressione e gasificano immediatamente appena lasciati liberi di espandersi e mescolarsi all'aria. In tali circostanze, l'accensione può essere avviata da una semplice scintilla. Poiché la reazione di ossidazione è fortemente esotermica, ossia comporta lo sviluppo di calore, nella zona della fiamma viene raggiunta una temperatura molto alta. L'emissione di luce è associata alla ricombinazione radiativa di elettroni che si riportano alle condizioni di equilibrio all'interno di molecole del gas in stato di eccitazione — diciamo così molecole "incandescenti" — prima che esse brucino e si trasformino definitivamente in anidride carbonica, invisibile. In altre parole, parte dell'energia prodotta nella reazione chimica viene restituita, oltre che sotto forma di fotoni della gamma termica (infrarosso), anche sotto forma di fotoni della gamma visibile.

Rimane ora da capire come possano esistere anche combustibili solidi, quali il carbone, il legno, la carta, la stoffa, o anche liquidi, quali la benzina, il cherosene e l'alcool. Il fatto è che essi non brucerebbero senza prima essere vaporizzati, cosicché l'ossigeno possa mescolarsi intimamente con le molecole volatili e reagire con esse. Per questo è necessario passare attraverso la fase dell'accensione del fuoco: essa consiste nello scaldare fortemente una piccola zona del combustibile per farlo localmente vaporizzare. Una volta avviato il processo, la produzione di calore favorisce l'ulteriore evaporazione, l'autosostentamento della fiamma e il suo allargamento. Per quanto detto, è evidente che nel caso dei solidi una semplice scintilla non è in grado di far partire la combustione. Sui liquidi, invece, aleggia sempre una certa quantità del loro vapore, perciò in certi casi è possibile l'accensione tramite scintilla.

Nel caso di materiale sottile e leggero, ad esempio carta o foglie secche, soprattutto in presenza di forte vento, l'accensione può avvenire con un certo agio anche per i solidi, ad esempio per focalizzazione della luce solare sul materiale, oppure per effetto di un mozzicone di sigaretta gettato da un'auto in corsa. È quest'ultimo certamente uno dei motivi per cui così tanti incendi tra quelli che distruggono il patrimonio boschivo dell'Italia si innescano dai bordi delle strade. Nel caso di una candela, il combustibile è la paraffina: questa, fusa dallo stoppino infiammato, lo risale per capillarità e si vaporizza alla sua estremità superiore, dove si mescola con l'aria e prende fuoco. Resta da spiegare la caratteristica forma allungata verso l'alto della fiamma, ma questo sarà per un'altra volta.