空氣是由氧氣分子、氮氣分子、二氧化碳分子等無數分子組成，而當氧分子結合了自由電子時就會形成負離子，自然界的光電效應、閃電現象、噴泉瀑布、浪花拍擊、雨水分解等都會使周圍空氣電離而形成負氧離子 (如下圖)。根據大地測量學和地理物理學國際聯盟大氣聯合委員會採用的理論，空氣負離子的分子式是O2-(H2O)n，，或OH-(H2O)n,或CO4-(H2O)n。這裡所說具有環保功能的空氣負離子主要指前兩種小分子負離子。空氣負離子能還原來自大氣的污染物質、氮氧化物、香菸等產生的活性氧(氧自由基)、減少過多活性氧對人體的危害;中和帶正電的空氣飄塵無電荷後沉降，使空氣得到凈化。
負離子發現與應用是人類在十九世紀的事，第一個國際學術會上證明負離子對人體有功效的是德國物理學家菲利浦萊昂納博士，他認為地球自然環境對人類健康有益的負離子最多的地方是瀑布周圍，一九三 O 年前蘇聯學者發表了用空氣負離子治療疾病的論文，美國也發表了負離子統計數據，21 世紀大氣中正離子與負離子比例為 1.2：1 現代社會發展已破壞了自然界中離子的平衡，1930年美國 DESSAVER，提出負離子會使人產生安寧的感覺、和改善健康環境的見解。
在自然界中這些離子(正、負)的自然濃度介於每秒每立方厘米幾百個至幾千個之間，一般為700∼4000個，它主要取決於地球表面的自然情況、高度及測量的地點和條件。負離子在不同的環境下「壽命」不等，在潔凈空氣中的壽命有幾分鐘，在灰塵多的地方僅幾秒鐘。自然界在不斷地形成和產生新的負離子，但空氣中負離子的濃度不會無限增多，因為離子在產生的同時伴隨著離子消失的過程。主要是因為：ヾ異性電荷相吸，正負離子靜電作用相互吸引而中和;ゝ與空氣中的塵粒、煙霧、粉塵的表面附著在一起形成重離子而沉降;ゞ負離子被各種換氣系統排出;々離子被抑制，空氣中的負離子濃度經常維持在一定水平，濃度飽和到一定程度其產生會被抑制。因此空氣中正、負離子的濃度不斷變化，保持某一動態平衡。人體只有取得正負離子平衡，才能保持健康。最有益於身體健康的負、正離子比例是3:l或4:1。負離子對人的健康、壽命及生態的重大影響，已為國內外醫學界專家通過臨床實踐所驗證。當代科學揭開了奧秘，生物體的每一個細胞就是一個微電池，細胞膜內外有50∼90mV的電位差，如果「細胞電池」得不到充分的電荷補充，機體的電過程就難於繼續維持，因而影響到機體的正常活動，產生老化和早衰。
空氣負離子是對人體健康非常有益的一種物質。當人們通過呼吸將負離子空氣送進肺泡時，能刺激神經系統產生良好效應，經血液循環把所帶電荷送到全身組織細胞中。能改善心肌功能，增強心肌營養和細胞代謝，減輕疲勞，使人精力充沛，提高免疫能力，促進健康長壽。負離子還能活化腦內荷爾蒙β-內啡肽，具有安定自律神經，控制交感神經，防止神經衰弱，改善睡眠效果，以及提高免疫力。在野外、山村、森林、海濱、瀑布或雷雨過後，一定會感到神清氣爽、心胸開闊，這不僅是由於野外污染少，更重要的是因為空氣中含有大量的負離子。空氣中所含有的負離子的多少是衡量空氣清新的標誌之一，根據世界衛生組織確認，空氣中的負離子在1000∼1500個/cm3，被認為是清新的空氣。