Нетеплове випромінювання генерується в нерівноважних умовах, коли розподіл електронів по швидкостям не є максвеловським. Спостереженнями в радіодіапазоні встановлено, що значна частина космічного випромінювання носить нетепловий характер. Воно генерується при вільно – вільних, зв'язано –вільних та зв'язано – зв'язаних переходах, коли речовина не знаходиться а стані ЛТР, тобто якщо час термалізації перевищує час втрат енергії на випромінювання. Випромінювальна спроможність нерівноважної плазми відрізняється від величини, що дає закон Кірхгофа: для її визначення необхідно знати нерівноважну функцію розподілу випромінюючих атомів за енергіями. Окрім вказаних процесів, нетеплове випромінювання спостерігається при рухові електронів в магнітних полях, розсіянні електромагнітних та плазмових хвиль на релятивістських електронах.