元素基態的氣態原子失去1個電子而變成氣態 1價陽離子，這時要吸收的能量叫做元素的第一電離能（I₁），通常叫做電離能，又叫電離勢。由氣態 1價陽離子再失去1個電子而變成氣態 2價陽離子，這時要吸收的能量叫做第二電離能（I₂）。以下I₃、I₄等可以依此類推。逐級電離能逐步升高。用X射線作為激發光源照射到樣品上，使元素原子中某個“軌道”上的電子突然受光激發，這時原子中其他電子的運動按理都要發生變化。假定這些其他電子來不及調整它們的運動狀態而被“凍結”在各自的軌道上，于是被激軌道上的電子的結合能就近似等于該軌道能的絕對值，也就是該電子的電離能。由中性原子失去的第一個電子，是指從基態原子中失去處于最高能級的那個電子。一般電子所處軌道的軌道能隨主量子數n的增大而升高，而電離能卻隨之降低，即表示該電子越容易失去。用元素的I₁可以衡量元素金屬性的強弱。I₁越小，原子越容易失去電子，該元素的金屬性越強。元素的電離能表征原子核外電子的行為，因而它必定呈現周期性變化。一般說，同一周期元素的I₁基本上隨原子序數的遞增而增大，同一主族元素的I₁從上到下一般趨于減小，這些都和元素金屬性遞變規律一致。有時候也有一些反常和交錯的現象，這跟過渡元素和鑭系元素半徑的收縮或出現軌道全充滿、半充滿狀態等因素有關。