Un equilibrio dinámico entre excitaciones colisionales y desexcitaciones radiativas conduce a una cierta distribución de los átomos entre sus diversos niveles de energía. La mayoría de los átomos estarán en niveles bajos; el número de átomos en niveles superiores disminuirá exponencialmente con el nivel de energía. Cuanto menor sea la temperatura, más rápido será la caída de la población en los niveles más altos. Sólo a temperaturas muy altas los niveles de energía elevados estarán ocupados por un número apreciable de átomos.
La función Saha es una función de temperatura y presión, la alta temperatura favoreciendo la ionización y la alta presión favoreciendo la recombinación. La ecuación nos dice los números relativos de los tres tipos de partículas (es decir, el grado de ionización) en una situación de equilibrio cuando el número de ionizaciones por segundo es igual al número de recombinaciones por segundo.
La palabra “ion” en la fase gaseosa es a menudo pensada como el remanente cargado positivamente de un átomo que ha perdido uno o más electrones. Sin embargo, cualquier átomo cargado eléctricamente (o molécula o radical), ya sea cargado positivamente (como resultado de la pérdida de un electrón) o cargado negativamente (que tenga un electrón adicional) puede llamarse correctamente un “ion”. En esta sección, nos interesa el ion hidrógeno negativo, H−, un sistema unido que consiste en un protón y dos electrones.
Uno de los electrones puede deslizarse fácilmente lejos del átomo sin la absorción de ninguna energía adicional, dejando así atrás un ion en estado excitado. Tal proceso se llama autoionización, y los niveles o estados involucrados son niveles o estados de autoionización. El proceso inverso es bastante posible. Un ion en estado excitado puede capturar un electrón libre hasta ahora, formando así el átomo neutro con dos electrones excitados. El proceso es la recombinación dielectrónica. Transiciones hacia abajo