Atomi se združujejo z dajanjem in sprejemanjem negativno nabitih elektronov, pri čemer tvorijo ionsko vez ali si delijo elektrone in tvorijo kovalentno vez. Običajno se ionske vezi tvorijo med kovinami in nekovinami, kovalentne pa le med nekovinami. Oksidacijsko število atoma predstavlja število elektronov, ki mu jih je dalo, sprejelo ali delilo z drugimi atomi, in bo pozitivno, če izgubi ali si deli elektrone, in negativno, ko pridobi ali deli elektrone drugega atoma.
Prvotno je oksidacija pomenila združevanje s kisikom; nasprotni proces, odstranjevanje kisika, je bil znan kot redukcija. Na primer, ko se kalcij združi s kisikom, kisik odstrani dva elektrona iz kalcija in pridobi naboj -2, pri čemer ostane kalcij z nabojem +2. Nastala je ionska vez; kalcij je bil oksidiran in kisik zmanjšan, kar jim daje oksidacijsko število +2 oziroma -2. Kovalentna vez vključuje tudi oksidacijo in redukcijo: za tvorbo vode se dva atoma vodika združita z enim atomom kisika, pri čemer si vsak z njim deli elektron. Oksidacijski števili obeh vodikovih atomov sta vsak +1 in atom kisika -2.
Ni nujno, da oksidacija vključuje kisik; danes oksidacija preprosto pomeni izgubo elektronov in redukcijo, pridobitev elektronov. Praviloma imajo elementi proti spodnjemu levemu kotu periodnega sistema največjo nagnjenost k izgubi elektronov, medtem ko imajo elementi proti zgornjemu desnemu kotu največjo nagnjenost k pridobivanju elektronov. Kisik ima močno nagnjenost k odstranjevanju elektronov iz drugih elementov in je zato oksidant; oksidirajo pa lahko tudi drugi elementi. Fluor je na primer še močnejši oksidant.
Oksidacijsko število kisika je običajno -2, vendar ima lahko veliko elementov več kot eno možno oksidacijsko število. Za železo je lahko +2 ali +3, medtem ko je za vodik +1 v kombinaciji z nekovinami, kot v vodi (H2O), vendar -1 v kombinaciji s kovinami, kot v natrijevem hidridu (Na+H-) , kjer sprejme elektron. Oksidacijsko število dušika se lahko giblje od -3 do +5. Oksidacijsko število ionov v ionski spojini je enakovredno nabojem ionov, medtem ko je seštevek atomov v spojini vedno enak nič.
Elementi se lahko združijo in tvorijo ione, ki imajo skupno oksidacijsko število. Na primer, atom žvepla se lahko združi s štirimi atomi kisika in tvori sulfatno skupino (SO42-) z oksidacijskim številom -2. Amoniak, spojina dušika in vodika s formulo NH3, se lahko združi z dodatnim atomom vodika in tvori amonijevo skupino NH4+ z oksidacijskim številom +1. Ta se obnaša kot kovina in tvori ionske spojine, kot je amonijev sulfat ((NH4+)2SO42-), kjer se dve amonijevi skupini združita z eno sulfatno skupino.