平衡态等离子体中的电子、离子与各中性粒子仍在不停运动，只是其所表现出的宏观效果不变。

等离子体处于完全热力学平衡态时需满足以下条件：①系统中各种类粒子都具有相同温度。在等离子体中的电子、离子与中性粒子先各自达到热力学平衡状态并具有各自温度时，当等离子体整体达到热力学平衡状态后，电子、离子与中性粒子具有相同温度。②各种类粒子速度分布均符合麦克斯韦速度分布，麦克斯韦速度分布函数可表示为：

式中为粒子速度；为粒子质量；为玻耳兹曼常量；为粒子热力学温度。③系统中辐射场的谱分布符合普朗克分布，辐射温度与系统中各粒子温度相等。根据普朗克定律在单位立体角内辐射率与波长的关系可表示为：

式中为普朗克常量；为光速；为辐射波长；为玻耳兹曼常量；为粒子热力学温度。④不存在外力势场（如电场、磁场、重力场等）时，系统中各粒子密度空间分布均匀；或系统处在外力势场中，粒子密度空间分布符合玻耳兹曼分布，即任意能级粒子数与总粒子数满足以下关系：

式中为处于任意能级的能量；为处于任意能级的能量；为总能级数；为玻耳兹曼常量；为粒子热力学温度。

热力学平衡态是任何一个孤立体系随时间演化的最终状态。由于在实际中严格的孤立体系是不存在的，除非把整个宇宙作为一个体系。另外，系统维持时间与达到其热力学平衡态所需时间相差很大。因此，完全热力学平衡状态等离子体在实际中是无法达到的。通常等离子体处于局部热力学平衡态或非热力学平衡态。由于非热力学平衡态等离子体的宏观物理量随时间不断变化或无法采用单一参数描述，因此非热力学平衡态等离子体在某些情况下可通过近似为平衡态表征某些参数，如在低温非平衡态等离子体中，利用电子在高能端密度分布，通过麦克斯韦-玻耳兹曼分布得到相应的电子温度等。

常见的大气压电弧放电等离子体：由于电子和离子温度几乎相同，常被看作热平衡等离子体，并被用于焊接、切割、照明等领域。热平衡等离子体通常压力在大气压以上，温度在2000～50000开尔文。在低气压或脉冲放电中，由于电子与离子碰撞较少或电场作用时间过短，产生的等离子体中各粒子及其之间很难达到热力学平衡状态，因此往往更易偏离热力学平衡状态。