Sarcina nucleară efectivă este forța de atracție a protonilor din nucleul unui atom pe un electron după ce forța de respingere a electronilor atomului este eliminată. Valoarea numerică a acestei sarcini se găsește prin formula matematică simplă, Z(eficient)=ZS, unde Z este sarcina pozitivă și S este numărul de electroni din orbitalii complet ocupați. În atomii neutri, sarcina nucleară efectivă este egală cu numărul de electroni din orbital exterior, care se numesc electroni de valență.
În atomi, protonii au toți o sarcină pozitivă de unu. Un atom se distinge de alți atomi prin numărul de protoni pe care îi are, deși numărul de neutroni poate varia între diferiți atomi de același tip, iar unii atomi de același tip pot avea ioni cu mai mulți sau mai puțini electroni pe orbită. Sarcina pozitivă totală a unui atom este numărul de protoni ai acestuia, care este și numărul atomic al atomului, așa cum se arată în tabelul periodic al elementelor. Primul pas în determinarea sarcinii nucleare efective a unui atom este determinarea sarcinii sale pozitive totale, care poate fi realizată prin căutarea numărului atomic al atomului.
Electronii sunt atrași către nucleul atomului și se găsesc în orbitali care se umplu într-un mod previzibil. Primul orbital poate conține doar doi electroni. Orbitalii următori conțin fiecare opt electroni atunci când sunt plini. În circumstanțe normale și în scopul de a găsi sarcina nucleară efectivă a unui atom, electronii vor ocupa cel mai apropiat orbital de nucleu pe care îl pot.
Orbitii complet ocupați contracarează aceeași cantitate de sarcină pozitivă ca și sarcină negativă. De exemplu, un atom cu 12 protoni și 12 electroni, care este un atom neutru, va pierde 2 sarcini pozitive din primul orbital complet ocupat și 8 sarcini pozitive din al doilea. Ceilalți doi electroni din al treilea orbital nu afectează sarcina nucleară efectivă a atomului, care în acest caz ar fi 12 minus 10 sau 2.
În cele mai multe cazuri, ecuația simplificată este suficientă pentru a descoperi sarcina nucleară eficientă a unui atom. Versiunile mai complexe ale ecuației iau în considerare sarcina negativă mică a electronilor de valență, care este considerată neglijabilă pentru majoritatea scopurilor. Ionii vor avea, de asemenea, o sarcină nucleară eficientă, care se abate ușor de la ecuația standard, deoarece adăugarea unui electron suplimentar la orbitalul exterior îl va face puțin mai puțin pozitiv, iar pierderea unui electron va crește atracția pozitivă a atomului.