恒星大氣深層溫度高，淺層溫度低，整個大氣顯然不處於嚴格的熱動平衡狀態。因此，熱動平衡規律不適用於恒星大氣整體。為瞭描述恒星大氣的熱狀態，K.史瓦西和米爾恩分別於1906年和1921年各自提出瞭局部熱動平衡假設（縮寫為LTE）。根據這一假設，恒星大氣內任一局部小區域，都可以引入一個局部溫度來表徵它的熱狀態。在這小區域內，電子的速度分佈、原子的激發和電離狀態、物質和輻射的相互作用等，都可以用與局部溫度等物理參數相對應的熱動平衡關係──麥克斯韋速度分佈律、玻耳茲茲曼公式、薩哈公式和基爾霍夫定律等來描述。對於偏離熱動平衡不大的恒星大氣，按照局部熱動平衡假設所求得的理論結果與觀測結果基本相符。這表示局部熱動平衡可以近似地描述恒星大氣的物理狀態。