Применительно к атмосферам нейтронных звезд впервые выполнено самосогласованный расчет термодинамических функций, поляризационных характеристик и коэффициентов поглощения для сильно замагниченной (B>10¹² Гс) водородной плазмы с учетом ее частичной ионизации. Показано, что необходимо учитывать зависимость структуры атомов от движения их центра масс в сильном магнитном поле. Показано, что ионизация замагниченной плазмы в атмосферах нейтронных звезд приводит к появлению спектральных особенностей и изменениям уровня спектрального континуума, которые должны проявляться в наблюдениях. Полученные теоретические результаты нашли применение при объяснении спектра ближайшей нейтронной звезды RX J1856.5-3754.