Продольная напряженность электрического поля в плазме может быть вычислена по формуле

где R — радиус разрядной трубки; D_a — коэффициент двухполярной диффузии; U_i — потенциал ионизации; k_e — подвижность электронов; η_i — доля мощности разряда, расходуемая на ионизацию.
На рис. 3-29 приведена полученная Б. Н. Клярфельдом для ртутного разряда диаграмма распределения полной мощности , получаемой электронами от поля и теряемой в единице объема, на мощность , затрачиваемую на упругие столкновения, -на возбуждение резонансных и -нерезонансных уровней и — на ионизацию в зависимости от давления ртутного пара.
На рис. 3-30, а приведены экспериментальные кривые зависимости продольной напряженности поля от давления газа для инертных газов при диаметре разрядной трубки R = 2 см, а на рис. 3-30,б — зависимости от давления паров ртути.
Распределение концентрации зарядов по сечению разрядной трубки характеризуется формулой

где — концентрация зарядов на расстоянии r от оси трубки; — концентрация зарядов
на оси; — число ионизации, производимых одним электроном в 1 с; -коэффициент двухполярной диффузии; — функция Бесселя нулевого порядка, причем

R — радиус разрядной трубки.
Средняя концентрация зарядов
Плотности беспорядочного электронного и ионного токов определяются из соотношений

где -средние концентрации электронов и ионов; — температуры электронного и ионного газов; — массы электрона и иона.
Соответственно

Плотность направленного электронного тока определяется как

Стенки разрядной трубки приобретают отрицательный потенциал по отношению к плазме из-за большей скорости электронов. Этот потенциал устанавливается таким, что плотности ионного и электронного токов на стенку выравниваются.
Перепад потенциала в ионной оболочке, создающейся у стенки, вычисляется по формуле

где — плотности беспорядочного электронного и ионного токов.
Толщина ионной оболочки у стенки определяется по закону «степени 3/2» для ионного тока:

Экспериментальное исследование параметров плазмы при средних давлениях, результаты которого были приведены выше, проводится по методу зондов Ленгмюра (подробнее см. раздел).
Для плазмы низкого давления диффузионная теория неприменима, и некоторые основные соотношения могут быть получены по теории Тонкса и Ленгмюра.
Теория плазмы высокого и сверхвысокого давления основана на том факте, что с ростом давления газа средняя кинетическая энергия заряженных частиц приближается к средней кинетической энергии частиц нейтрального газа, т. е. плазма становится по своим свойствам близкой к изотермической плазме .
Основными процессами в плазме высокого давления являются термическая ионизация и рекомбинация зарядов в объеме.
Степень ионизации газа характеризуется уравнением Сага:

где — степень ионизации ; р — давление газа, Па; ; Т — температура газа, К; — потенциал ионизации газа, В.
На рис. 3-31, а и б приведены графики зависимости .
Внешний вид плазмы высокого давления (например, столба тлеющего или дугового разряда) отличается тем, что она не заполняет всего сечения разрядной трубки, а представляет собой узкий ярко светящийся шнур по оси трубки. Процесс отшнуровывания тем сильнее, чем выше давление и больше плотность тока. Так как в отшнурованном положительном столбе стенки разрядной трубки практически не играют роли, то дуга при атмосферном давлении может гореть на воздухе («дуга Петрова»). Температура шнура в парах ртути оказывается равной 5000-6000 К при давлении 100 000 Па и достигает 8000-10 000 К при давлениях около 25 000 000 Па.