Nichtthermische Plasmen entstehen bei reduzierten Drücken (ca. 0.0001 -1 bar). Hier ist die mittlere freie Weglänge so groß, dass außer durch Elektronenstoß keine nennenswerte Energieübertragung zwischen den Teilchen stattfinden kann, dass also kein thermisches Gleichgewicht entstehen kann. Makroskopisch betrachtet liegt das System bei Raumtemperatur, enthält aber einen gewissen Anteil an Teilchen, nämlich Elektronen, die sehr hohe Energien (Temperaturen) aufweisen, bis zu 10000 °C. Diese energiereichen Elektronen und die energiereiche Strahlung von Elektronenübergängen sind zur Induktion von chemischen Reaktionen an Oberflächen bzw. in oberflächennahen Bereichen befähigt, die selbst die Modifizierung stabilster chemischer Strukturen beinhalten kann. Gleichzeitig findet keine thermische Belastung dieser Oberfläche statt, da die makroskopische Temperatur der Umgebung angepasst ist.
vergleiche auch Niederdruckplasma