Atomii se combină prin darea și acceptarea de electroni încărcați negativ, formând o legătură ionică sau împărțind electroni, formând o legătură covalentă. De obicei, legăturile ionice se formează între metale și nemetale, în timp ce legăturile covalente se formează doar între nemetale. Numărul de oxidare al unui atom reprezintă numărul de electroni pe care i-a dat, acceptați sau împărțiți cu alți atomi și va fi pozitiv atunci când a pierdut sau a împărțit electroni și negativ atunci când a câștigat sau a împărțit electronii altui atom.
La origine, oxidarea însemna combinarea cu oxigenul; procesul opus, eliminarea oxigenului, era cunoscut sub numele de reducere. De exemplu, atunci când calciul se combină cu oxigenul, oxigenul elimină doi electroni din calciu, dobândind o sarcină de -2, lăsând calciul cu o sarcină de +2. S-a format o legătură ionică; calciul a fost oxidat și oxigenul redus, dându-le numere de oxidare de +2 și, respectiv, -2. Legătura covalentă implică și oxidare și reducere: pentru a forma apă, doi atomi de hidrogen se combină cu un atom de oxigen, fiecare împărțind un electron cu acesta. Numerele de oxidare ale celor doi atomi de hidrogen sunt fiecare +1 și atomul de oxigen -2.
Oxidarea nu trebuie să implice oxigen; astăzi, oxidarea înseamnă pur și simplu pierderea de electroni și reducerea, câștigul de electroni. De regulă, elementele din colțul din stânga jos al tabelului periodic au cea mai mare tendință de a pierde electroni, în timp ce cele din colțul din dreapta sus au cea mai mare tendință de a câștiga electroni. Oxigenul are o tendință puternică de a elimina electronii din alte elemente și, prin urmare, este un agent oxidant; cu toate acestea, se pot oxida și alte elemente. Fluorul, de exemplu, este un agent oxidant și mai puternic.
Numărul de oxidare al oxigenului este de obicei -2, dar multe elemente pot avea mai mult de un număr de oxidare posibil. Pentru fier poate fi +2 sau +3, în timp ce pentru hidrogen este +1 atunci când este combinat cu nemetale, ca în apă (H2O), dar -1 când este combinat cu metale, ca în hidrura de sodiu (Na+H-) , unde acceptă un electron. Numărul de oxidare a azotului poate varia de la -3 la +5. Numerele de oxidare ale ionilor dintr-un compus ionic sunt echivalente cu sarcinile ionilor, în timp ce cele ale atomilor dintr-un compus însumează întotdeauna zero.
Elementele se pot combina pentru a forma ioni care au un număr total de oxidare. De exemplu, un atom de sulf se poate combina cu patru atomi de oxigen pentru a forma o grupare sulfat (SO42-) cu un număr de oxidare de -2. Amoniacul, un compus de azot și hidrogen cu formula NH3, se poate combina cu un atom de hidrogen suplimentar pentru a forma grupa de amoniu NH4+, cu un număr de oxidare de +1. Acesta se comportă ca un metal și formează compuși ionici, cum ar fi sulfatul de amoniu ((NH4+)2SO42-), în care două grupări de amoniu se combină cu o grupare sulfat.