Temperatura plamena varira ovisno o tvari koja se izgara i u kojoj su mjeri gorivo i oksidant prethodno pomiješani. Jedan od najnižih je “sigurnosni plamen” Bunsenovog plamenika, kako bi se pokazalo da je uključen – oko 572°F (300°C), dok je najtopliji ugljikov subnitrid koji gori u čistom kisiku, s temperaturom od 9,008°F ( 4,987°C), gotovo jednako vruće kao površina sunca. Nuklearni “plamen” koji zagrijava sunce uopće nije kemijski plamen, ali ima izuzetno visoku temperaturu – u jezgri Sunca, procjenjuje se na preko 23,400,000°F (13,000,000°C).
Kada se gorivo i oksidant dobro izmiješaju, temperatura plamena je viša, jer reakcija teče brže i stvara više topline. Kada se gorivo i oksidant uopće ne miješaju prije izgaranja, reakcija se odvija nesavršeno, stvarajući manje ukupne topline. To je tipično u slučaju izgaranja drva, gdje vrući plinovi odnose nesagorjele čestice drva.
Temperatura plamenika je oko 2,372°F (1,300°C), svijeće je 2,552°F (1,400°C), a oksiacetilenske baklje je 5,432°F (3,000°C). Temperatura izgaranja cijanogena je druga nakon ugljičnog subnitrida, na preko 8,180°F (4,525°C). U cijanogenu i ugljičnom subnitridu, visoka temperatura proizlazi iz velikog broja dostupnih ugljikovih atoma – dva u prvom, četiri u drugom. Kako se ti atomi ugljika spajaju s kisikom tijekom procesa izgaranja, oslobađaju višak energije u obliku topline.
Boja plamena često je povezana s njegovom temperaturom, iako je relevantna i molekula koja gori. Svjetlost koja proizlazi samo iz temperature naziva se zračenje crnog tijela i kreće se od crvene na 1,000 K (oko 1,340 °F ili 727 °C) do narančasto-žute na 3,000 K (oko 4,940 °F ili 2,727 °C) do bijele ili svijetloplave na temperature iznad 5,000 K (oko 8,540°F ili 4,727°C.