基态的气态原子失去一个电子形成气态一价正离子时所需的能量称为元素的第一电离能（I1）。而当元素的气态一价正离子再失去一个电子形成气态二价正离子时，所需能量称为第二电离能（I2），以此类推，第三、四电离能依此类推。由于原子失去电子需要消耗能量以克服核对外层电子的引力，因此电离能总是正值，单位通常为焦耳每摩尔（J•mol-1），也常使用千焦耳每摩尔（kJ•mol-1）。
通常情况下，所提到的电离能指的是第一电离能，它可以定量地比较气态原子失去电子的难易程度。电离能越大，表明原子越难失去电子，其金属性越弱；反之，金属性越强。因此，第一电离能可以用来比较元素的金属性强弱。
电离能的大小受多种因素影响，包括有效核电荷、原子半径和原子的电子构型。在同周期的主族元素中，从左到右，作用于最外层电子的有效核电荷逐渐增大，因此电离能也逐渐增大，直到稀有气体由于具有稳定的电子层结构，电离能达到最大值。这使得同周期元素从强金属性逐渐过渡到非金属性，直至强非金属性。
对于同周期的副族元素，虽然有效核电荷增加不多，但原子半径减小缓慢，导致电离能增加不如主族元素明显。由于最外层只有两个电子，过渡元素通常表现非金属性。而在同一主族元素中，从上到下，原子半径增加，有效核电荷增加不多，因此原子半径增大的影响起主要作用，电离能由大变小，元素的金属性逐渐增强。
对于同一副族的元素，电离能的变化则不太规则，这取决于具体元素的原子结构和性质。
