Les ions positifs et négatifs sont formés en gagnant ou en perdant des électrons d'atomes neutres. Les éléments métalliques produisent des ions chargés positivement en perdant des électrons tandis que les éléments non métalliques produisent des ions chargés négativement en gagnant des électrons.
À l'intérieur de l'atome de chaque élément se trouvent des sous-particules. Un proton porte une charge positive, un électron porte une charge négative et un neutron ne porte aucune charge. Dans un atome neutre, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons, neutralisant ainsi toutes les charges. Cependant, les atomes ont tendance à perdre ou à gagner des électrons pour stabiliser leurs structures électroniques, ce qui ne se produit que lorsque leur niveau d'énergie le plus élevé est entièrement occupé ou vide d'électrons.
En raison du petit nombre d'électrons présents dans le niveau d'énergie le plus externe des métaux, ces éléments sont enclins à abandonner leurs électrons pour atteindre la stabilité. Lorsque des électrons sont retirés d'un atome neutre, l'énergie potentielle d'ionisation est dépensée et un ion métallique chargé positivement est produit, appelé « cation ». Dans le cas des non-métaux, qui ne nécessitent qu'un ou deux électrons pour remplir leur niveau d'énergie le plus élevé, ces éléments ont tendance à accepter des électrons. L'atome neutre libère l'énergie d'affinité électronique pour attirer les électrons et produire un ion non métallique chargé négativement appelé « anion ». Lorsque des ions métalliques se combinent avec des ions non métalliques, un composé ionique est formé, qui est maintenu ensemble par de fortes forces électrostatiques appelées liaisons ioniques.
