Un atome est un constituant de base de la matière qui se compose d'un noyau chargé positivement (noyau) entouré d'un nuage d'électrons chargés négativement. Par définition, les atomes sont des entités neutres car la charge positive du noyau est annulée par la charge négative du nuage d'électrons. Cependant, le gain ou la perte d'un électron peut conduire à la formation d'un ion, également appelé atome chargé.
Un élément est un exemple d'atome avec un nombre fixe de protons positifs dans le noyau. Par exemple, le sodium est un élément avec 11 protons dans le noyau et 11 électrons. Un autre exemple d'élément est le carbone, qui a six protons dans le noyau et six électrons. Dans les deux cas, ces éléments ont une charge neutre. Un atome se charge lorsque le nombre de protons n'est pas égal au nombre d'électrons. Par exemple, si un élément a six protons mais seulement cinq électrons, la charge nette de l'élément est de +1. Inversement, si un élément a six protons mais sept électrons, alors la charge nette de l'élément est de -1. En réalité, tous les éléments sont neutres dans leur état naturel, et c'est le gain ou la perte d'électrons qui détermine leur charge.
Les électrons qui entourent les atomes ne peuvent s'asseoir que dans des coquilles bien définies. Chaque couche ne peut contenir qu'un nombre fixe d'électrons, et les atomes sont plus stables lorsque ces couches sont remplies. Il est possible de prédire quelle charge un atome gagnera en regardant comment les électrons se trouvent autour de l'atome. La première couche d'un atome ne peut contenir que deux électrons, la deuxième couche peut contenir huit électrons et la troisième couche peut contenir 16 électrons. Si une coquille est moins qu'à moitié pleine, alors il est plus facile pour un atome de perdre des électrons afin de devenir plus stable. Dans ce cas, l'atome devient un ion positif. Alternativement, si une coquille est plus qu'à moitié pleine, il est plus facile pour un atome de gagner des électrons afin de devenir plus stable. Cela conduit à un ion négatif.
Le sodium a 11 électrons en orbite autour du noyau. Les deux premières couches du sodium sont pleines et un seul électron occupe la troisième couche. Par conséquent, il est plus facile pour le sodium de perdre un électron et de devenir positif.