Azt az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy a gáz állapotú atomból egy elektront eltávolítsunk kation keletkezése közben, az atom első ionizációs energiájának (Ei) nevezzük. Az elektron eltávolításához mindig energiabefektetés szükséges, értékét 1 mól anyagmennyiségre vonatkoztatjuk (egysége: kJ/mol). A második elektron eltávolításához a pozitív ionból lényegesen nagyobb energiára van szi.ikség, a harmadik eleklron eltávolításához további extra energia kell:

 

 

A periódusos rendszer elemeinek első ionizációs energiái is periodikusan változnak (17. ábra). Alegkisebb ionizációs energiaértékeket az alkálifémeknél figyelhetjük meg. A lítiumtól a céziumig csökken ezen oszlop elemeinek ionizációs energiája, ami összhangban van az alkálifém atomok átmérőjének növekedésével. A nemesgázok ionizációs energiái a legmagasabbak az ns2np6 konfiguráció következtében. Általában egy periódus mentén haladva nő az első ionizációs energia a rendszám növekedésével. A görbék egyenetlen menete az alhéjak félig vagy teljesen betöltött állapotára utal.

 

 

Az első ionizációs energiában bekövetkező változásokat a második periódus elemeinél követjük nyomon. A lítium esetében a törzselektronok (1s2) erőteljesen árnyékolják a legkülső elektronra (2s1) ható magvonzást, a lítium első ionizációs energiája tehát kicsiny. A berillium első ionizációs energiája már nagyobb, hiszen a lítiuménál nagyobb magtöltés miatt a legkülső elektront (a 2s-elektron egyikét) nehezebb eltávolítani. A bór ionizációs energiája kisebb, mint a berilliumé. Előbbiben ugyanis a legkülső elektron 2p-pályán található, és így nem kötődik annyira a maghoz, mintha 2s-elektron volna. A bór után a szénhez érve az ionizációs energia nő, mert a szénatomban az ugyancsak 2p típusú legkülső elektron nagyobb magtöltés hatása alatt áll. A magtöltés további növekedése miatt a nitrogén első ionizációs energiája még nagyobb. A következő oxigén első ionizációs energiája azonban kisebb az egyszerű extrapolációval adódó értéknél. Az ok abban keresendő, hogy az oxigénatomban párosított elektront tartalmazó 2p-pálya is fellép, és emiatt az elektronok közötti taszítás felülmúlja azt, amit a sor mentén történő egyszerű extrapoláció alapján várnánk. Az oxigén, fluor és neon első ionizációs energiája lényegében egy egyenesre esik, az értékek növekedése a legkülső elektronokra ható magvonzás növekedtétjelzi.