元素基态的气态原子失去1个电子而变成气态 1价阳离子，这时要吸收的能量叫做元素的第一电离能（I₁），通常叫做电离能，又叫电离势。由气态 1价阳离子再失去1个电子而变成气态 2价阳离子，这时要吸收的能量叫做第二电离能（I₂）。以下I₃、I₄等可以依此类推。逐级电离能逐步升高。用X射线作为激发光源照射到样品上，使元素原子中某个“轨道”上的电子突然受光激发，这时原子中其他电子的运动按理都要发生变化。假定这些其他电子来不及调整它们的运动状态而被“冻结”在各自的轨道上，于是被激轨道上的电子的结合能就近似等于该轨道能的绝对值，也就是该电子的电离能。由中性原子失去的第一个电子，是指从基态原子中失去处于最高能级的那个电子。一般电子所处轨道的轨道能随主量子数n的增大而升高，而电离能却随之降低，即表示该电子越容易失去。用元素的I₁可以衡量元素金属性的强弱。I₁越小，原子越容易失去电子，该元素的金属性越强。元素的电离能表征原子核外电子的行为，因而它必定呈现周期性变化。一般说，同一周期元素的I₁基本上随原子序数的递增而增大，同一主族元素的I₁从上到下一般趋于减小，这些都和元素金属性递变规律一致。有时候也有一些反常和交错的现象，这跟过渡元素和镧系元素半径的收缩或出现轨道全充满、半充满状态等因素有关。