Các chất khí suy biến là các chất khí được cấu tạo bởi các fermion có một cấu hình cụ thể thường được hình thành ở mật độ cao. Các fermion là các hạt hạ nguyên tử với số lượng tử spin bán nguyên. Hành trạng của chúng bị chi phối bởi một tập hợp các quy luật của cơ học lượng tử gọi là thống kê Fermi - Dirac. Một trong số đó là nguyên lý loại trừ Pauli phát biểu rằng chỉ có thể có duy nhất một fermion chiếm mỗi trạng thái lượng tử. Điều này không chỉ áp dụng được cho các electron liên kết với hạt nhân trong nguyên tử mà còn đúng cho cả các electron bị giam trong một thể tích không gian cố định, chẳng hạn trong lòng của một ngôi sao. Những hạt như electron, proton, neutron, và neutrino đều là các fermion và tuân theo thống kê Fermi - Dirac.

Một khí fermion trong đó tất cả các trạng thái năng lượng nằm dưới một giá trị tới hạn, gọi là năng lượng Fermi được lấp đầy được gọi là một khí fermion suy biến hoàn toàn. Khí electron trong các kim loại và trong lòng sao lùn trắng là hai thí dụ điển hình về một khí electron suy biến. Hầu hết các ngôi sao được nâng đỡ chống lại lực hấp dẫn của chính chúng bởi áp suất khí thông thường, trong khi đó các sao lùn trắng được nâng đỡ bởi áp suất suy biến của khí electron trong lòng chúng. Đối với các sao lùn trắng các hạt suy biến là những electron còn đối với các sao neutron, hạt suy biến là những neutron.