Plazma maddenin dört temel halinden biridir ve ilk olarak 1920’de kimyager Irving Langmuir tarafından tanımlanmıştır. Katı, sıvı, gaz hallerine ek olarak plazma halinde, elektronlar atom çekirdekleri arasında serbestçe dolaşırlar.
Plazma, gazlara enerji verilerek bazı elektronların atomlarından kopması sağlanarak oluşturulur. Buna iyonlaşma denir. Çünkü süreç negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü iyonlarla nihayete erer. Maddenin diğer hallerinden farklı olarak, plazmadaki yüklü parçacıklar elektrik ve manyetik alanla (diğer adıyla elektromanyetik alanla) güçlü bir etkileşime girerler. Eğer plazma sıcaklığını kaybederse, iyonlaşmalarına neden olan enerjiyi kaybederek yeniden gazlaşırlar.
Gözlemlenebilir evrendeki maddenin %99’unun plazma halinde olduğu sanılıyor. Gazdaki atomlar parçalandığında, parçalar elektronlar ve iyonlardır. Bunların elektrik yükleri olduğundan elektrik alanı ve manyetik alan tarafından birbirlerine itilirler veya birbirlerinden uzaklaştırılırlar. Bu da, plazmanın gazdan farklı davranmasına yol açar. Örneğin, manyetik alan plazmayı tutmak için kullanılabilirken, gazı tutmak için kullanılamaz. Plazma, elektrik konusunda bakırdan daha iletkendir.
Plazmalar çok sıcaktırlar; çünkü elektronlar ve içinde bulundukları atomların çekirdekleriyle arasındaki bağları kırmak için çok yüksek sıcaklık gerekir. Yıldızlarda bulunanlar gibi bazı plazmalar çok yüksek basınç altındadır. Yıldızlar (ki buna Güneş de dahil) çoğunlukla plazmadan oluşurlar. Ancak evrenin diğer bölgelerinde bu kadar yüksek basınç altında olmayan plazmalar da vardır.
Dünya‘da şimşek ve yıldırım plazma üretir. Yapay (insan yapımı) plazmaların kullanım alanları floresan lamba, neon lambaları, televizyon ve bilgisayar ekranları için kullanılan plazma ekranlar ve süs amaçlı kullanılan plazma küreleri olarak sayılabilir.
Biliminsanları daha az radyoaktif atık üreten ve sıradan nükleer santrallerden çok daha güvenli olan yeni nesil nükleer enerji santralleri için füzyonu kullanarak plazmalarla deneyler yapıyorlar.
Plazmalar iki anlamla çok ölçeklidir:
- Çoğu plazma sistemleri mikro-, mezo- ve makro- ölçeklerde elektro-dinamik bağlantılar (elektrik enerjisinin iletimi durumu) kurarlar,
- Plazma sistemleri fiziksel olarak mümkün olan uzay, enerji ve yoğunluk ölçeklerinden çoğunda bulunabilirler. Aşağıdaki görselde farklı yoğunluk ve sıcaklıklardaki plazma sistemlerini görebilirsiniz.
Ancak plazmaların tam olarak kapsadığı alan yukarıdaki görselde gösterilen yoğunluk, enerji (sıcaklık) ve uzay ölçeğinin de ötesindedir. Tabloda gösterilmeyen değerlere sahip plazmaların yanı sıra, kuark-gluon plazmaları maddenin son derece bir yoğun çekirdek halidir. Sıcaklık bakımından, laboratuvarda üretilen bazı kristal plazma halleri mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa sahiptir. Fakat bunun aksine 10+9 derece Kelvin sıcaklığa sahip uzay plazmaları ölçülmüştür.
Bir plazma türü olan kozmik ışınlar da hızlandırıcı laboratuvarlarındaki insan yapımı plazmalara göre çok yüksek enerji seviyelerinde gözlemlenmiştir. Özetle; plazmalar uzay, enerji ve yoğunluk ölçeğinde son derece geniş bir alanda gözlemlenirler ve dramatik değişiklikler gösterirler.