热喷涂涂层一般为典型的层状结构（喷熔层和重熔层除外）。涂层的质量及性能与许多因素有关。
喷涂颗粒撞击基体时由变形到凝固的时间非常短暂，约为10-7~10-5s。撞击到基体表面的第一批颗粒可以认为是相互独立的。撞击时颗粒发生变形，首先在基体表面形成平薄圆片，后续颗粒再不断撞到先前颗粒变形的圆片上，堆积形成涂层。可以认为热喷涂层的形成过程主要为颗粒变形成薄片过程和薄片之间相互结合过程。
处于熔态或软化态的喷涂颗粒以一定速度撞击基体表面时，粒子的冲击动能使粒子在撞击变形时，粒子温度进一步上升，加剧了粒子在基体表面的变形，但粒子在基体表面的铺开扩展程度通常取决于粒子材料的表面张力、粒子速度、基体表面形状和温度等几项因素。降低喷涂材料的熔态表面张力，提高粒子温度和速度，提高基体的表面温度、粗糙度和活化程度，都能提高涂层粒子在基体表面的铺开扩展程度和涂层的结合强度。
虽然喷涂粒子由熔态到完全凝固的时间非常短，在瞬间的冷却过程中，粒子边缘与心部温度的不一致性使扁平薄片产生收缩和卷曲，这种现象使涂层中产生裂纹状孔隙。后续的喷涂粒子对产生的裂纹状孔隙只能掩盖而不能完全填实。粒子薄平片的收缩和卷曲，喷涂层形成过程中，往往受到周围粒子薄片的约束，并不能使单粒子薄片中的热应力完全释放，众多粒子中的残余应力的积累使涂层产生很大的残余应力，从而大大降低了涂层的自身强度和涂层与基体的结合强度。
涂层内微裂纹是否延展取决于涂层内残余应力的状态和高低。当内应力为拉应力状态时，随着涂层厚度的增加，残余拉应力将增加使微裂纹扩展延深，最终导致涂层的开裂或剥离。大部分热喷涂涂层内应力为拉应力状态，这使涂层的厚度受到限制，但是某些喷涂材料可达十几毫米。另外，当涂层受外力、外界环境影响时，也会诱发微裂纹的扩展，如机械加工，使用时急冷急热温度变化等。
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