Состояние ионизации вещества определяется двумя противоположными процессами – ионизацией атомов и их обратной рекомбинацией. Скорость обоих процессов должна быть одинаковой. Процесс ионизации идет, в основном, за счет энергичных фотонов. Количество актов ионизации, происходящих в единице объема в единицу времени будет равно C1n0, где n0 – концентрация атомов, а коэффициент C1 зависит только от температуры. Количество актов рекомбинации, происходящих при столкновении ионов и электронов будет равно C2n+ne, где n+ и ne – концентрации ионов и электронов, а коэффициент C2 также зависит от температуры. Если пренебречь двухкратной ионизацией атомов, то величины n+ и ne будут равны друг другу, и условие равенства числа актов ионизации и рекомбинации можно будет записать следующим образом:
Здесь n – полная концентрация атомов и ионов, а P – доля ионизованных атомов. Это соотношение можно переписать:
Мы видим, что увеличение концентрации частиц при постоянной температуре приводит к уменьшению степени ионизации. Следовательно, на поверхности сверхгиганта степень ионизации будет выше, чем на поверхности белого карлика.