電離平衡を仮定した場合に、ある電離段階にある粒子の割合を表す式。電離段階$\alpha$にある粒子の密度を$N^\alpha$、分配関数を$U^\alpha$、イオン化エネルギーを$I^\alpha$とすると、以下の関係になる。

$$\frac{N^{\alpha + 1}}{N^\alpha}\cdot N_{\rm e} = \frac{U^{\alpha + 1}}{U^\alpha}2\left(\frac{2\pi{m}_{\rm e}k_{\rm B}}{h^2}\right)^{3/2} T^{3/2} \times \exp \left(-\frac{I^\alpha}{k_{\rm B}T}\right) $$

ここで$T$は温度、$N_{\rm e}$ は電子密度、$m_{\rm e}$ は電子の質量、$k_{\rm B}$ はボルツマン定数、$h$ はプランク定数である。