広がった天体の単位表面積（立体角）あたりの明るさのこと。単に面輝度という場合もある。1平方秒角あたりの等級（$\text{mag}\,\text{arcsec}^{-2}$）という単位がよく使われる。表面輝度の高い（明るい）天体（惑星や惑星状星雲など）は見やすいが、表面輝度の低い（暗い）天体（銀河や淡いガス星雲など）は、夜空の明るさが増すと急速に見えにくくなる。

天体の表面輝度は星間吸収の効果を無視すれば、距離によらず一定である。ただし、銀河の表面輝度は、比較的近傍の宇宙では距離によらないが、遠方宇宙では宇宙膨張の効果により、赤方偏移  z が大きくなるにつれ、(1+z)^-4 に比例して、急速に暗くなる。
夜空の表面輝度を表すときには、1平方度当たり10等星何個分に相当するかという単位（$S_{10}$）が用いられることもある。両者の間には

$$\text{mag}\,\text{arcsec}^{-2} = 27.782 - 2.5 \log S_{10}$$

の関係がある。