Gli ioni positivi e negativi si formano guadagnando o perdendo elettroni da atomi neutri. Gli elementi metallici producono ioni caricati positivamente perdendo elettroni mentre gli elementi non metallici producono ioni caricati negativamente ottenendo elettroni.
All'interno dell'atomo di ogni elemento ci sono sub-particelle. Un protone trasporta una carica positiva, un elettrone trasporta una carica negativa e un neutrone non carica alcuna carica. In un atomo neutro, il numero di protoni è uguale al numero di elettroni, neutralizzando quindi tutte le cariche. Tuttavia, gli atomi hanno la tendenza a perdere o guadagnare elettroni per stabilizzare le loro strutture elettroniche, che si verifica solo quando il loro più alto livello di energia è completamente occupato o vuoto di elettroni.
A causa del piccolo numero di elettroni presenti nel livello di energia più esterno dei metalli, questi elementi sono inclini a rinunciare ai loro elettroni per raggiungere la stabilità. Quando gli elettroni vengono rimossi da un atomo neutro, l'energia potenziale di ionizzazione è esaurita e viene prodotto uno ione metallico caricato positivamente, denominato "catione". Nel caso dei non metalli, che richiedono solo uno o due elettroni per riempire il loro più alto livello di energia, questi elementi tendono ad accettare elettroni. L'atomo neutro rilascia l'energia di affinità elettronica per attrarre gli elettroni e produrre uno ione nonmetale a carica negativa chiamato "anione". Quando gli ioni metallici si combinano con ioni non metallici, si forma un composto ionico, che è tenuto insieme da forti forze elettrostatiche chiamate legami ionici.
