Im engeren Sinn ist die Ionisation oder Ionisierung die Bildung eines elektrisch positiv geladenen Ions (Kations) durch Abtrennung eines oder mehrerer Elektronen von einem neutralen Atom oder Molekül, wobei die abgetrennten Elektronen zumindest eine gewisse Zeit lang frei existieren. Im weiteren Sinn zählt man auch die Anlagerung eines oder mehrerer Elektronen an ein neutrales Atom oder Molekül, in diesem Fall entsteht ein negatives Ion (Anion).
Um ein Elektron abzutrennen, also ein positives Ion zu erzeugen, muss dem neutralen Teilchen mindestens die sog. Ionisierungsenergie zugeführt werden, mit der das Elektron an das Atom oder Molekül gebunden ist. Im Gegensatz zur Anregungsenergie von Elektronenzuständen ist die Ionisierungsenergie nicht gequantelt, da das freigesetzte Elektron überschüssige Energie als kinetische Energie forttragen kann.
Man unterscheidet im Prinzip fünf Methoden, Elektronen von einem neutralen Atom oder Molekül abzutrennen:
- Thermische Ionisation: Wenn die ungerichtete Bewegungsenergie der einzelnen Teilchen (Wärmeenergie) vergleichbar mit der Ionisierungsenergie wird, können Elektronen aus ihren Atomen herausgelöst werden.
- Stoßionisation (Ionisation durch Elektronen- oder Ionenstoß), dies tritt z. B. bei Gasentladungen auf.
- Oberflächenionisation: treffen neutrale Atome auf eine Metalloberfläche, ber die Bindungsenergie der Leitungselektronen größer ist als die Ionisierungsenergie der auftreffenden Atome, verlieren diese Elektronen an das Metall.
- Fotoionisation: die Ionisierungsenergie wird durch Aufnahme von elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt (Fotoeffekt).
- Feldionisation: Starke inhomogene elektrische Felder können gebundene Elektronen aus ihren Bindungspotenzialen herauslösen (Spitzenentladung).