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在正常狀態下，植物負氧離子組成分子的各原子的電子在離原子核近的軌道上做不規則的運動，此時原子處于穩定的狀態，氣體的原子處于低能級，這時電子在離核近的軌道上運動。原子處于穩定狀態，呈現中性。當空氣受到外來能量的激發碰撞，如宇宙射線、紫外線、放射性射線、強電場或光的照射時，空氣分子能夠被外來能量激發而電離，導致處于外層的電子脫離原子核，形成自由電子。
植物負氧離子的濃度與空氣分子處于電離和激發的狀態有很大關系。所謂電離，就是大氣中形成帶正電荷或負電荷粒子的過程;所謂激發，就是分子或原子從外界吸收一定的能量，使原子的外層電子躍遷到較高能級去的過程。為了激發原子，電子所必需的能量稱為激發能，激發能量可用激發電位Uo來表示，使一個常態原子電離所需的小能量稱為電離能。
電子獲得外界因素給予的一定動能與空氣分子和原子碰撞，是造成空氣分子激發和電離的重要條件。但并非所有的能量都能使空氣分子或原子激發或電離，較低的能量如普通電熱器加熱，只能加速空氣分子運動，氣溫升高，而不能使空氣電離或激發。
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