基態的氣態原子失去一個電子形成氣態一價正離子時所需的能量稱為元素的第一電離能（I1）。而當元素的氣態一價正離子再失去一個電子形成氣態二價正離子時，所需能量稱為第二電離能（I2），以此類推，第三、四電離能依此類推。由于原子失去電子需要消耗能量以克服核對外層電子的引力，因此電離能總是正值，單位通常為焦耳每摩爾（J?mol-1），也常使用千焦耳每摩爾（kJ?mol-1）。通常情況下，所提到的電離能指的是第一電離能，它可以定量地比較氣態原子失去電子的難易程度。電離能越大，表明原子越難失去電子，其金屬性越弱；反之，金屬性越強。因此，第一電離能可以用來比較元素的金屬性強弱。電離能的大小受多種因素影響，包括有效核電荷、原子半徑和原子的電子構型。在同周期的主族元素中，從左到右，作用于最外層電子的有效核電荷逐漸增大，因此電離能也逐漸增大，直到稀有氣體由于具有穩定的電子層結構，電離能達到最大值。這使得同周期元素從強金屬性逐漸過渡到非金屬性，直至強非金屬性。對于同周期的副族元素，雖然有效核電荷增加不多，但原子半徑減小緩慢，導致電離能增加不如主族元素明顯。由于最外層只有兩個電子，過渡元素通常表現非金屬性。而在同一主族元素中，從上到下，原子半徑增加，有效核電荷增加不多，因此原子半徑增大的影響起主要作用，電離能由大變小，元素的金屬性逐漸增強。對于同一副族的元素，電離能的變化則不太規則，這取決于具體元素的原子結構和性質。