Den effektiva kärnladdningen är protonernas attraktionskraft i en atoms kärna på en elektron efter att den frånstötande kraften hos atomens elektroner har räknats bort. Det numeriska värdet av denna laddning hittas genom den enkla matematiska formeln, Z(effektiv)=ZS, där Z är den positiva laddningen och S är antalet elektroner i fullt upptagna orbitaler. I neutrala atomer är den effektiva kärnladdningen lika med antalet elektroner i den yttersta orbitalen, som kallas valenselektroner.
I atomer har alla protoner en positiv laddning av en. En atom särskiljs från andra atomer genom antalet protoner den har, även om antalet neutroner kan variera mellan olika atomer av samma typ, och vissa atomer av samma typ kan ha joner med fler eller färre elektroner i omloppsbana. Den totala positiva laddningen av en atom är antalet protoner, vilket också är atomens atomnummer som visas i grundämnenas periodiska system. Det första steget för att bestämma en atoms effektiva kärnladdning är att bestämma dess totala positiva laddning, vilket kan åstadkommas genom att slå upp atomens atomnummer.
Elektroner dras mot atomkärnan och finns i orbitaler som fylls upp på ett förutsägbart sätt. Den första orbitalen kan bara innehålla två elektroner. Efterföljande orbitaler innehåller var och en åtta elektroner när de är fulla. Under normala omständigheter, och i syfte att hitta en atoms effektiva kärnladdning, kommer elektroner att uppta den närmaste omloppsbanan till kärnan som de kan.
Fullt upptagna orbitaler motverkar samma mängd positiv laddning som de innehåller negativ laddning. Till exempel kommer en atom med 12 protoner och 12 elektroner, som är en neutral atom, att förlora 2 positiva laddningar från den fullt upptagna första orbitalen och 8 positiva laddningar från den andra. De andra två elektronerna i den tredje orbitalen påverkar inte atomens effektiva kärnladdning, som i det här fallet skulle vara 12 minus 10, eller 2.
I de flesta fall är den förenklade ekvationen tillräcklig för att upptäcka en atoms effektiva kärnladdning. Mer komplexa versioner av ekvationen tar hänsyn till den lilla negativa laddningen av valenselektronerna, som anses vara försumbar för de flesta ändamål. Joner kommer också att ha en effektiv kärnladdning som avviker något från standardekvationen, eftersom tillägget av en extra elektron till den yttre orbitalen gör den något mindre positiv, och förlusten av en elektron ökar atomens positiva attraktion.