如果輻射源（電漿、中性氣體雲等）處於熱動平衡或局部熱動平衡狀態，即系統內質點（分子、原子、離子、電子等）的能量分布可以用一定溫度下的玻耳茲曼分布律表示，則其輻射稱為熱輻射；反之，如果輻射源中質點遠離熱動平衡分布，則其輻射稱為非熱輻射。
近年發現的許多新型天體，如類星體、中子星、星際分子射電源、X射線源、γ射線源等,它們的輻射譜形、偏振狀態、光變特性等與熱輻射有明顯區別，因此，非熱輻射機制的研究日益受到重視。例如，類星體和射電星系所以能發射有偏振特性的冪律型射電譜，普遍認為是由遠離熱動平衡分布的相對論性電子在外磁場中的同步加速輻射所造成的。又如強的分子射電譜線，一般認為是來自天體微波激射源放大作用。實現這種輻射機制的條件是“粒子數反轉”，要求分子的能級分布遠離平衡分布，即處於高能級上的分子數多於低能級上的分子數。對於太陽的Ⅱ型及Ⅲ型射電爆發(見太陽射電爆發)，可用相對論性電子在電漿中穿行時的切連科夫輻射說明。由這一效應產生的電漿波，將會部分轉化為射電輻射。至於相對論性電子的逆康普頓散射，則是產生γ射線的一種重要的非熱輻射機制。
