Термодинамика изучает свойства систем, находящихся в состоянии теплового, или термической, равновесия.
Важнейшей характеристикой такой системы является ее температура.
Плазма имеет одну определенную температуру при условии, что она находится в состоянии термодинамического равновесия. Очень часто в плазме приходится зиткатися с частичной термодинамической равновесием. Так, обмен энергиями электронов с ионами происходит гораздо медленнее, чем обмен между частицами, близкими по массе. Поэтому в не очень густой плазме в течение долгого времени может существовать состояние, которое характеризуется двумя температурами и (т.е. электронной и ионной температурами). Если ускорение частиц происходит под действием электромагнитных полей или ударных волн, то может не быть и частичного равновесия. В таких случаях теряют суть даже такие понятия как ионная и электронная температуры. Иногда в неравновесной плазме температурой предлагают называть среднюю энергию, приходящуюся на два степени свободы частицы. Однако в плазме с несколькими сортами ионов при этом может оказаться, что разные ионы имеют разную температуру.