在物理學中，我們知道物質是由分子組成的，分子是由原子組成的，而原子又是由原子核和繞原子核周圍旋轉的電子所組成的。所以在原子得到捕獲的自由電子時則呈顯負電性。而失去電子的原子呈正電性。這就是形成電流從正極向負極運行的依據和規律。也就是人們把正負電子的運動現象稱為離子現象的緣由。
正常狀態下，自然界的空氣分子既不帶正電荷也不帶負電荷，處于中性狀態。但宇宙中存在著大量的宇宙射線、紫外線和微量元素，在這些元素的輻射作用下，還有雷擊電閃等的作用下，空氣中的空氣分子會失去一部分圍繞原子核旋轉的最外層電子，這時候空氣就自然會發生電離現象，出現一些逃逸原子核束縛的電子。這些電子被稱為自由電子，也就是負離子。而這些自由電子很容易被空氣中的氧分子捕獲而結合在一起，從而即形成了帶負電荷的空氣負氧離子。所以，負離子也稱作負氧離子。
（1）負離子的凈化作用
       空氣中污染物大多帶正電荷，例如煙霧、微塵、細菌、病毒等，生態級負離子可以主動出擊捕捉小粒微塵使其凝聚沉降，與細菌、病毒等結合使其失活，從而實現空氣的凈化。美國環保署EPA實驗室研究證實，空氣中負離子通過中和沉降（Ion Neutralization）能夠有效去除空氣中小粒徑微塵，尤其是對2.5微米（PM2.5）及以下的微塵具有優異的凈化效果。
①　凈化空氣煙霧、灰塵及各種塵埃：由于空氣中的煙霧、灰塵及各種塵埃也就是PM2.5微塵霧霾中的離子大多都是帶正電荷的分子團。而這種帶正電荷的離子團體，當遇到帶有負電荷的負氧離子團時，他們必然會發生中和而沉降落到地面上，所以空氣便立即得到有效凈化。
       ②　消除與分解甲醛、甲苯等有害氣體：室內裝飾后還會有因裝修材料以及所購置的新家具長期釋放出對人有害的氣體，而這些有害氣體也大多都是帶正電荷。所以遇到帶負電荷的負氧離子時，它們同樣被中和將甲醛等分解成為二氧化碳和水，這樣就很容易除掉家中室內的甲醛及各種有害氣體。從而有效凈化室內空氣。
       ③　清除異味、臭味：因各種異味、臭味和怪味均是帶正電荷的菌體所造成的。因而在遇到負氧離子時自然會被中和而被去除掉，各種怪味及異味隨之消失,從而使室內的空氣恢復清爽干凈。
     （2）負離子的生物活性作用
       負離子與氧氣分子結合所形成的帶負離子的氧分子即為負氧離子，無色無味，這種負氧離子非常容易透過人體的血管及腦組織的屏障進入人體內產生活性，從而可以促進人體新陳代謝，同時提高人體的自愈力，有效防治糖尿病，腫瘤等疾病，助人健康長壽。因此，負氧離子被人們稱為“空氣維生素”和“空氣維他命”，也有更多的人們將其冠之以“長壽素”的美譽和美稱。
       ①　改善睡眠：負氧離子是一種自然因子，對改善睡眠有很好的作用。醫學臨床試驗表明：空氣負離子通過促進單胺氧化酶（MAO）的氧化脫氧基作用，可以降低腦組織內的5-HT（5一羥色胺）水平，引起內分泌及神經系統發生明顯的生理變化。這對自主神經高級中樞及植物性神經系統具有良好的調節作用，從而能極大地改善大腦皮層的功能，使人振奮精神，消除疲勞，提高工作效率，改善睡眠，增加食欲，使人健康長壽。
       ②　預防和改善呼吸系統疾病：負氧離子能有效加強氣管粘膜上的皮纖毛運動，影響促進呼吸道系統的纖絨毛內呼吸酶的活性，改善肺泡的分泌功能及肺的通氣和換氣功能，有效緩解支氣管痙攣，增加肺活量，調整肺呼吸頻率，鎮咳等作用。負氧離子還能促進鼻粘膜上皮組織細胞的再生，恢復粘膜的分泌功能，對哮喘，氣管炎，兒童百日咳等疾病有良好效果。
       ③　增強人體免疫力，促進人體新陳代謝：負離子透過人體的血管及腦組織的屏障進入人體內產生活性，可以增加血管彈性及細胞膜的通透性。一方面可以提升養分在血液中的傳遞，凈化血液，降低血糖、血鉀含量及膽固醇，增強免疫力及抵抗力，提高人體的自愈力，有效防治糖尿病，腫瘤等疾病；可穩定血壓，有效預防高血壓及心臟疾病；另一方面可以活絡淋巴循環，加速基礎代謝，具舒壓排毒的養身功效。