Năng lượng cần thiết để tạo ra cation bằng cách loại bỏ electron từ một nguyên tử trung hòa về điện là năng lượng ion hóa. Nói chung, năng lượng ion hóa thứ n của nguyên tử là năng lượng cần để loại bỏ electron thứ n sau khi n - 1 electron trước đã bị loại bỏ.

Mỗi một năng lượng ion hóa kế tiếp là lớn hơn một cách đáng kể so với năng lượng ở mức trước đó. Đặc biệt, sự thay đổi năng lượng tăng lên một cách đột ngột khi các electron của một lớp obitan nào đó trong nguyên tử đã bị loại bỏ hết. Vì lý do này, các cation có xu hướng được tạo ra theo hướng bỏ hết các electron của cùng một lớp obitan. Ví dụ, natri được tìm thấy như là Na+, nhưng không phải là Na2+ vì cần năng lượng lớn để ion hóa. Tương tự, magiê được tìm thấy như là Mg2+, mà không phải là Mg3+, và nhôm có thể tồn tại ở dạng cation Al3+. Khi một nhóm các nguyên tử thu được các electron, chúng cũng trở thành các ion, chẳng hạn như SO42-.