Wenn Atome Elektronen aufnehmen oder abgeben, um eine stabilere Elektronenkonfiguration zu erreichen, bilden sie Ionen. Ionische Bindungen sind elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Ionen mit entgegengesetzter Ladung. Ionische Verbindungen sind im festen Zustand starr und spröde und dissoziieren in Wasser in ihre einzelnen Ionen. Kovalente Verbindungen hingegen bleiben intakt, sofern sie nicht durch eine chemische Reaktion aufgebrochen werden.
Ionische Bindungen sind reversible, elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Ionen mit entgegengesetzten Ladungen. Zu den reaktionsfreudigsten (d.h. zu chemischen Reaktionen neigenden) Elementen gehören jene, die nur ein Valenzelektron besitzen (z.B. Kalium) und jene, die ein weiteres Valenzelektron benötigen (z.B. Chlor).
Ionen die Elektronen abgeben, haben eine positive Ladung und werden als Kationen bezeichnet. Ionen, die Elektronen aufnehmen, sind negative geladen und werden als Anionen bezeichnet. Kationen und Anionen verbinden sich in Verhältnissen, so dass die Nettoladung der Verbindung 0 ergibt. Zum Beispiel enthält die Verbindung Kaliumchlorid (KCl) für jedes Kalium-Ion ein Chlorid-Ion. Die Ladung des Kaliums beträgt +1, während die des Chlorids -1 beträgt. Die Verbindung Magnesiumchlorid (MgCl2) enthält zwei Chlorid-Ionen für jedes Magnesium-Ion, da die Ladung von Magnesiums +2 ist.
Die elektrostatischen Kräfte, welche die ionischen Verbindungen zusammenhalten, sind stark, wenn Verbindungen in fester Form vorliegen. Da die Schmelzpunkte von ionischen Verbindungen sehr hoch sind, findet man sie im Allgemeinen als Festkörper auf der Erdoberfläche. Allerdings sind die ionischen Bindungen nicht so stark wie kovalente Bindungen. Die Ionen können in einer chemischen Reaktionsflüssigkeit wie Wasser auseinander gezogen oder gelöst werden. In Wasser gelöste Ionen befinden sich also in einer chemischen Reaktion und viele Ionen sind in dieser Form in der Lage, elektrischen Strom zu leiten.
Elektrolyte sind Ionen, die in Wasser gelöst Elektrizität leiten können. In biologischen Systemen sind Elektrolyte essenziell für die osmotische Regulation, der Haltung des Wasserequilibriums durch Zellmembranen. Elektrolyte tragen auch zu wichtigen biologischen Prozessen bei, die auf elektrische Ladungen der Zellmembranen angewiesen sind. Dazu gehören beispielsweise Muskelkontraktionen und Nervenimpulse. Zu den üblichen biologischen Elektrolyten gehören das Kalzium-Ion (Ca2+), das Natrium-Ion (Na+), das Magnesium-Ion (Mg2+), das Kalium-Ion (K+), das Phosphat-Ion (PO43-) und das Chlorid-Ion (Cl–).
Elektrolyt-Ungleichgewichte können schwere körperliche Symptome auslösen und sogar den Tod eines Organismus verursachen. Eine der am häufigsten auftretenden Elektrolytstörungen ist die Hyponatriämie, ein zu geringer Natriumgehalt im Blut. Hyponatriämie kann ein Symptom einer anderen Erkrankung sein oder durch die Einnahme von zu viel Wasser verursacht werden, ohne dass ausreichend Natrium aufgenommen wird. Behandlungen für diese ernste Erkrankung zielen darauf ab, das Gleichgewicht des Natriums im Körper wiederherzustellen, so dass die normale Funktion des Gehirns, Herzens und anderer Organe wiederhergestellt wird.
