雾化过程可以分为几个部分：由喷孔出发的射流过程、柱状射流受到空气扰动破碎为片状和带状液膜、液膜进一步破碎为大液滴（初次雾化）、大液滴进一步破碎为小液滴（二次雾化）继而蒸发。燃料从喷嘴喷出时往往为连续液体的形式，受外界气体不稳定扰动的影响，其表面形成振动波。表面波的振幅不断增大，直至液体的表面张力不足以维持油束的连续介质形态，燃油便破碎成薄液膜继而形成大液滴。这个破碎过程便是燃油的初次雾化过程。当燃油初次雾化形成的液滴尺寸较大时，会进一步破碎形成大量更小的液滴，这个破碎过程称之为二次雾化。

雾化过程的好坏可以通过喷雾特征参数来衡量，包括喷雾油束的发散度、喷雾锥角、贯穿距、液滴平均直径。油束发散度是指喷雾油束内液体与气体总体积与液体燃料体积的比值。喷雾锥角为从喷孔出发到喷射轴向某一位置油束发散的角度，贯穿距则定义为油束能够到达的最大距离，而液滴平均直径则用来表征液体燃料在一定压力喷射下形成的液滴大小。最终雾化特性会通过喷油末端雾化液滴尺寸和离散度来表现。雾化良好的油束可以实现快速蒸发混合从而有利于燃烧过程的进行，而雾化较差的油束不仅无法形成良好的混合气，而且会造成污染物排放的增加。一般地，液滴直径越小、液滴与空气混合越均匀、油束对空间利用率越高，此时可以认为油束雾化良好。

早期的研究对燃料雾化机理提出了不同的学说，包括空气动力干扰说、空化扰动说、湍流扰动说和压力震荡说等。不同学说的初衷都是在寻找燃油高速喷射过程中的不稳定因素，如空气动力干扰说认为射流与周围气体之间的气动干扰作用导致了雾化；湍流扰动认为射流本身的湍流度的扩展引起了雾化；空化扰动说主张喷嘴内部的空化现象导致了大幅的压力扰动进而产生雾化，而压力震荡说则认为喷嘴中压力的震荡是雾化的主要因素。

近期的研究采用了各种电子和光学测试手段用以帮助探测雾化产生的原因，如通过粒子图像测速可以测量液滴的运动速度，粒子动态分析仪可以测量液滴的直径大小，平面激光诱导荧光可以测量喷雾油束的气相和液相分布情况。通过各种先进的测试方法，人们逐渐认识到液体射流雾化并非单一因素所引起，而是多种因素综合作用的结果。较为公认的说法是空气扰动、空化现象和湍流扰动是高速喷雾雾化的三个主要因素。形成的线性稳定性理论是较为成熟的对射流分裂和雾化过程的理论分析方法。该理论以气液体质量、动量守恒为基础，考虑到两相相对速度、相对密度、气动力、惯性力、黏性力和表面张力等因素的影响，并建立了色散关系式。通过对色散关系式用数值方法求解，可以得到不同的射流结构。