一個穩定的天體為保持其穩定性，它的每一小體元的內能必須保持不變。這就要求每一小體元在單位時間內損失的能量E-等於獲得的能量E+，即隻有在E+=E-的條件下，體元的內能才可能穩定不變。我們稱E+=E-為能量平衡條件。在恒星大氣和某些恒星的內部，能量轉移或交換主要是通過輻射來進行的。在這種情況下，用E+代表體元在單位時間內吸收的總輻射能，用E-代表體元在單位時間內輻射的總能量。於是上述能量平衡就轉化為輻射平衡。輻射強度為Iv(θ)的輻射場，設發射系數和吸收系數分別為jv和xv，其輻射平衡可以表示為：

式中 d ω為立體角元， v為頻率。兩端的積分伸展到整個光譜和全部立體角。式中左端為單位質量的體元在單位時間內輻射的總能量，右端為單位質量的體元在單位時間內吸收的總能量。輻射平衡是穩定 恒星大氣理論的一個基本出發點。它的原始概念是桑普森在1894年首先提出的。1906年K.史瓦西加以發展並應用於太陽大氣。在恒星大氣裡，借助輻射平衡條件，可以推求恒星大氣的溫度分佈規律。