Az atom az anyag alapvető alkotóeleme, amely egy pozitív töltésű magból (magból) áll, amelyet negatív töltésű elektronfelhő vesz körül. Definíció szerint az atomok semleges entitások, mert a mag pozitív töltését az elektronfelhő negatív töltése megszakítja. Az elektron nyeresége vagy vesztesége azonban egy ion, más néven töltött atom képződéséhez vezethet.
Az elem egy olyan atom példája, amelynek rögzített számú pozitív protonja van a magban. Például a nátrium egy olyan elem, amelynek 11 protonja van a magban és 11 elektron van. Az elem másik példája a szén, amelynek a sejtben hat protonja és hat elektronja van. Mindkét esetben ezeknek az elemeknek semleges töltése van. Az atom akkor töltődik fel, ha a protonok száma nem egyenlő az elektronok számával. Például, ha egy elemnek hat protonja van, de csak öt elektronja van, akkor az elem nettó töltése +1. Ellenben, ha egy elemnek hat protonja van, de hét elektronja van, akkor az elem nettó töltése -1. A valóságban minden elem természetes állapotában semleges, és az elektronok nyeresége vagy vesztesége határozza meg töltésüket.
Az atomokat körülvevő elektronok csak jól körülhatárolható héjakban ülhetnek. Minden héj csak rögzített számú elektront képes befogadni, és az atomok stabilabbak, ha ezek a héjak meg vannak töltve. Meg lehet jósolni, hogy egy atom melyik töltésre fog szert tenni, ha megnézzük, hogyan ülnek az elektronok az atom körül. Az atom első héja csak két elektron, a második héj nyolc, a harmadik héj pedig 16 elektron. Ha egy héj kevesebb, mint félig tele, akkor az atomnak könnyebb elektronokat veszítenie, hogy stabilabbá váljon. Ebben az esetben az atom pozitív iongá válik. Alternatív megoldásként, ha egy héj meghaladja a felét, könnyebb egy atomnak elektronokat nyerni, hogy stabilabbá váljon. Ez negatív ionhoz vezet.
A nátriumnak 11 elektronja van, amelyek a mag körül keringenek. A nátrium első két héja tele van, és csak egy elektron foglalja el a harmadik héjat. Ezért a nátrium könnyebben elveszíti az elektront és pozitívvá válik.