在正常状态下，气体分子及原子内的正负电荷相等，呈现中性，但在宇宙射线、太阳光线等所产生的能量的作用下，气体分子中某些原子会成为电子，而失去这些电子的原子呈正电极性，这个过程称为“空气的电离”。那部分被分离出来的电子又会与空气中其他中性分子结合，使得到多余电子的气体分子呈负电极性，就叫做空气负离子。
自然界中的叶枝尖端放电及绿色植物光合作用形成的光电效应，也能产生空气负氧离子。
空气负离子的保健作用在于改善大脑皮层的功能，振奋精神，消疲劳，提高工作效率，改善睡眠，增加食欲，并有兴奋副交感神经系统等作用，而正离子的作用与此相反。所以长时间逗留在烟尘弥漫、通风不良的地方，常感困乏，头昏，头痛、甚至恶心等，而在海滨，瀑布和喷泉附近，使人觉得头脑清醒，心情舒畅。