C'est à Empédocle d'Agrigente (Ve siècle avant notre ère) que l'on attribue la décomposition de la matière en quatre éléments : la terre, l'eau, l'air et le feu. Cette description n'est, somme toute, pas très éloignée de celle des états de la matière : solide, liquide, gaz et plasma.

Ce quatrième état, dont la connaissance et l'étude ne date que du XXe siècle, n'est pas sans analogie avec le feu, puisqu'on peut l'obtenir en élevant un gaz à très haute température.

Cet état est constitué d'ions, d'électrons libres et d'atomes restés neutres.

Exemples de milieux ionisés

• Dans les étoiles, ces plasmas sont créés par le chauffage du milieu, principalement constitué d'hydrogène, sous l'effet de réactions thermonucléaires.
• Dans d'autres milieux astrophysiques, l'ionisation du gaz interstellaire est due au rayonnement d'étoiles proches.
• Sur Terre, lors d'un orage, un fort champ électrique entre nuages et sol provoque spontanément une décharge et crée un milieu ionisé conducteur.
• On peut obtenir un effet identique en soumettant un gaz à un champ électrique continu ou alternatif ; le milieu devient luminescent, et la couleur apparente de la lumière émise dépend de la nature chimique du gaz et de sa pression. On connaît notamment
  • les tubes à néon et leur couleur rouge,
  • l'éclairage des routes avec la lumière jaune du sodium,
  • le bleu des tubes à mercure,
  • les phares utilisant le xénon,
  • l'éclairage des stades en lumière blanche utilisant les halogénures de métaux.
• Les arcs électriques, dans l'air à la pression atmosphérique, qui sont notamment utilisés pour le soudage, sont aussi des milieux ionisés.

Le principe de l'ionisation

Considérons un gaz auquel on impose un champ électrique suffisant pour qu'un courant le traverse, puis supprimons le champ.

Le milieu ionisé passe par trois phases :

1. En premier lieu, un régime transitoire d'allumage pendant le quel la concentration des électrons libres dans le milieu et l'émission lumineuse croissent.