В природі гази є діелектриками, бо за цих умов у газах майже немає вільних носіїв заряду, рух яких міг би створити електричний струм. Проте під зовнішнім впливом, наприклад, високої температури, у газі з'являються заряджені частинки. Вони виникають унаслідок відщеплення від атомів газу одного або кількох електронів, як результат — замість нейтрального атома виникають позитивний йон і електрони. Частина електронів, що утворилися, може бути при цьому захоплена іншими нейтральними атомами, і тоді з'являться ще й негативні йони. Розпад молекул газу на електрони та йони називають йонізацією газів.

Нагрівання газу до високої температури — не єдиний спосіб йонізації молекул або атомів газу. Йонізація газу може відбуватися під впливом інших зовнішніх чинників: рентгенівських променів; променів, що виникають під час радіоактивного розпаду; космічних променів (фотойонізація).

Разом процесом йонізації відбувається і процес рекомбінації: йони й електрони, що беруть участь у тепловому русі, стикаються один з одним і можуть з'єднатися в нейтральний атом.

Йонізований газ є провідником. Явище проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом.

Електричний розряд у газі, що зберігається після припинення дії зовнішнього йонізатора, називається самостійним газовим розрядом.

Які саме причини різкого збільшення сили струму за великої напруги? Розглянемо пару заряджених частинок (позитивний йон і електрон), що утворилася завдяки дії зовнішнього йонізатора. Вільний електрон, що з'явився в такий спосіб, починає рухатися до позитивного електрода — анода, а позитивний йон — до катода. На своєму шляху електрон зустрічає йони та нейтральні атоми. У проміжках між двома послідовними зіткненнями енергія електрона збільшується завдяки роботі сил електричного поля.

Описаний процес називають йонізацією електронним ударом. Але йонізація електронним ударом не може забезпечити підтримки самостійного розряду. Справді, адже всі електрони, що виникають у такий спосіб, рухаються в напрямку до анода і, після досягнення анода, «вибувають із гри». Для підтримки розряду необхідна емісія електронів з катода, якої можна досягти кількома способами.

Залежно від властивостей і стану газу, характеру й розташування електродів, а також від прикладеної до електродів напруги виникають різні види самостійного розряду: тліючий, коронний, іскровий та дуговий.

За подальшого нагрівання газу (або опромінення) можна отримати такий його стан, у якому атоми й молекули будуть частково або повністю йонізованими, а густина позитивних і негативних зарядів — практично однаковою. Такий газ називають плазмою. Плазма має специфічні властивості, що дає змогу розглядати її як особливий — четвертий — стан речовини. На відміну від нейтрального газу, між молекулами якого існують короткодіючі сили, між зарядженими частинками плазми діють кулонівські сили, що порівняно повільно зменшуються з відстанню. Кожна частинка взаємодіє відразу з великою кількістю навколишніх частинок. Завдяки цьому разом з хаотичним тепловим рухом частинки плазми можуть брати участь у різноманітних упорядкованих рухах. У плазмі легко збуджуються різного роду коливання та хвилі.

Слабо йонізованою плазмою в природних умовах є верхні шари атмосфери — йоносфера. Сонце, гарячі зорі й міжзоряна речовина — це повністю йонізована плазма, яка утворюється за високих температур. Зважаючи на масштаби Всесвіту, можемо стверджувати, що основним станом речовини є стан плазми.

Розглядають високотемпературну (Т > 10⁶ °C) і низькотемпературну (Т < 10⁵ °C) плазми. Низькотемпературна плазма застосовується в газорозрядних джерелах світла. У сучасних плоских екранах моніторів і телевізорів використовують або рідкокристалічні матриці, або пікселі, наповнені плазмою. Кожний піксель містить капсули, покриті червоним, синім і зеленим люмінофором, що світяться завдяки вміщеній у них плазмі, свічення якої регулює подачу електричних сигналів.