Atomer kombineras genom att ge och acceptera negativt laddade elektroner, bildar en jonbindning eller delar elektroner, bildar en kovalent bindning. Vanligtvis bildas jonbindningar mellan metaller och icke-metaller, medan kovalenta bindningar endast bildas mellan icke-metaller. En atoms oxidationstal representerar antalet elektroner som den har gett till, accepterat från eller delat med andra atomer, och kommer att vara positivt när den har förlorat eller delat elektroner och negativ när den har fått eller delat en annan atoms elektroner.
Ursprungligen betydde oxidation att kombineras med syre; den motsatta processen, avlägsnande av syre, var känd som reduktion. Till exempel, när kalcium kombineras med syre, tar syret bort två elektroner från kalciumet, får en laddning på -2, vilket lämnar kalciumet med en laddning på +2. En jonbindning har bildats; kalcium har oxiderats och syrereducerats, vilket ger dem oxidationstal på +2 respektive -2. Kovalent bindning innebär också oxidation och reduktion: för att bilda vatten kombineras två väteatomer med en syreatom, var och en delar en elektron med den. Oxidationstalen för de två väteatomerna är vardera +1 och syreatomen -2.
Oxidation behöver inte involvera syre; idag betyder oxidation helt enkelt förlust av elektroner och reduktion, vinst av elektroner. Som regel har elementen mot det nedre vänstra hörnet av det periodiska systemet störst tendens att tappa elektroner, medan de mot det övre högra hörnet har störst tendens att ta emot elektroner. Syre har en stark tendens att ta bort elektroner från andra grundämnen och är därför ett oxidationsmedel; men andra element kan också oxidera. Fluor är till exempel ett ännu starkare oxidationsmedel.
Syreoxidationstalet är vanligtvis -2, men många grundämnen kan ha mer än ett möjligt oxidationstal. För järn kan det vara +2 eller +3, medan det för väte är +1 när det kombineras med icke-metaller, som i vatten (H2O), men -1 när det kombineras med metaller, som i natriumhydrid (Na+H-) , där den accepterar en elektron. Kväveoxidationstalet kan variera från -3 till +5. Oxidationstalen för jonerna i en jonförening är ekvivalenta med laddningarna på jonerna, medan atomerna i en förening alltid summerar till noll.
Grundämnen kan kombineras för att bilda joner som har ett totalt oxidationstal. Till exempel kan en svavelatom kombineras med fyra syreatomer för att bilda en sulfatgrupp (SO42-) med ett oxidationstal på -2. Ammoniak, en förening av kväve och väte med formeln NH3, kan kombineras med en ytterligare väteatom för att bilda ammoniumgruppen NH4+, med ett oxidationstal på +1. Denna beter sig som en metall och bildar joniska föreningar som ammoniumsulfat ((NH4+)2SO42-), där två ammoniumgrupper kombineras med en sulfatgrupp.