Los átomos se combinan dando y aceptando electrones cargados negativamente, formando un enlace iónico o compartiendo electrones, formando un enlace covalente. Normalmente, los enlaces iónicos se forman entre metales y no metales, mientras que los enlaces covalentes se forman solo entre no metales. El número de oxidación de un átomo representa el número de electrones que le ha dado, aceptado o compartido con otros átomos, y será positivo cuando haya perdido o compartido electrones y negativo cuando haya ganado o compartido los electrones de otro átomo.
Originalmente, la oxidación significaba combinarse con oxígeno; el proceso opuesto, la eliminación de oxígeno, se conocía como reducción. Por ejemplo, cuando el calcio se combina con el oxígeno, el oxígeno elimina dos electrones del calcio, adquiriendo una carga de -2, dejando al calcio con una carga de +2. Se ha formado un enlace iónico; el calcio se ha oxidado y el oxígeno reducido, lo que les da números de oxidación de +2 y -2, respectivamente. El enlace covalente también implica oxidación y reducción: para formar agua, dos átomos de hidrógeno se combinan con un átomo de oxígeno, cada uno de los cuales comparte un electrón con él. Los números de oxidación de los dos átomos de hidrógeno son cada uno +1 y el átomo de oxígeno -2.
La oxidación no necesita involucrar oxígeno; hoy, oxidación simplemente significa pérdida de electrones y reducción, ganancia de electrones. Como regla general, los elementos que se encuentran en la esquina inferior izquierda de la tabla periódica tienen la mayor tendencia a perder electrones, mientras que los que se encuentran en la esquina superior derecha tienen la mayor tendencia a ganar electrones. El oxígeno tiene una fuerte tendencia a eliminar electrones de otros elementos y, por lo tanto, es un agente oxidante; sin embargo, otros elementos también pueden oxidarse. El flúor, por ejemplo, es un agente oxidante aún más fuerte.
El número de oxidación del oxígeno suele ser -2, pero muchos elementos pueden tener más de un número de oxidación posible. Para el hierro puede ser +2 o +3, mientras que para el hidrógeno es +1 cuando se combina con no metales, como en el agua (H2O), pero -1 cuando se combina con metales, como en hidruro de sodio (Na + H-) , donde acepta un electrón. El índice de oxidación del nitrógeno puede variar de -3 a +5. Los números de oxidación de los iones en un compuesto iónico son equivalentes a las cargas de los iones, mientras que los de los átomos en un compuesto siempre suman cero.
Los elementos se pueden combinar para formar iones que tienen un número de oxidación general. Por ejemplo, un átomo de azufre puede combinarse con cuatro átomos de oxígeno para formar un grupo sulfato (SO42-) con un número de oxidación de -2. El amoníaco, un compuesto de nitrógeno e hidrógeno con la fórmula NH3, puede combinarse con un átomo de hidrógeno adicional para formar el grupo amonio NH4 +, con un número de oxidación de +1. Este se comporta como un metal y forma compuestos iónicos como el sulfato de amonio ((NH4 +) 2SO42-), donde dos grupos amonio se combinan con un grupo sulfato.