電離平衡を仮定した場合に、ある電離段階にある粒子の割合を表す式。電離段階$\alpha$にある粒子の密度を$N^\alpha$、分配関数を$U^\alpha$、イオン化エネルギーを$I^\alpha$とすると、以下の関係になる。

$$\frac{N^{\alpha + 1}}{N^\alpha}\cdot N_{\rm e} = \frac{U^{\alpha + 1}}{U^\alpha} C^{-1} T^{3/2} \times \exp \left(-\frac{I^\alpha}{k_{\rm B}T}\right) $$

ここでTは温度、N_e は電子密度、k_B はボルツマン定数、C は定数（サハ-ボルツマンの式を参照）である。