Nguyên tử là trung hòa vì chúng có cùng số hạt mang điện dương, proton và hạt mang điện âm, electron. Số lượng điện tích trong một proton đơn lẻ bằng lượng điện tích của một electron độc thân. Nguyên tử còn có một loại hạt khác trong hạt nhân gọi là neutron không mang điện tích. Các proton và neutron có khối lượng bằng nhau, trong khi các electron có khối lượng được coi là bằng không.
Tất cả các nguyên tử đều trung tính ở điều kiện bình thường. Nhưng khi bị kích thích, nguyên tử có thể có số electron và proton không bằng nhau. Ở điều kiện đó, nguyên tử được gọi là ion hơn là nguyên tử. Khi nó chứa ít electron hơn proton, nguyên tử được gọi là cation, hay ion tích điện dương. Ngược lại, khi nó chứa nhiều electron hơn proton, nguyên tử được gọi là anion, hay ion mang điện tích âm. Số lượng electron bao quanh hạt nhân quyết định nguyên tử mang điện hay trung hòa. Trong khi các điện tử bị thu hút bởi các proton của hạt nhân, thì việc bổ sung năng lượng cho nguyên tử có thể thuyết phục các điện tử rời khỏi nguyên tử, khiến nó trở thành ion. Nếu không có sự hình thành các ion, thì không thể hình thành các liên kết nguyên tử, đặc biệt là các liên kết ion.
