空氣中負離子的濃度與空氣分子處于電離和激發的狀態有很大的關系。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，就是原子從外界吸取一定的能量，使原子的價電子躍遷到較高能級去的過程，電子獲得外界一定動能與空氣原子碰撞，是造成空氣原子激發和電離的重要條件。空氣中負氧離子有自然和人為產生兩種。

自然產生可以通過以下途徑：

(1)放射性物質的作用  地球的巖石圈表面存在各種放射性物質，這些放射性物質會通過能量大的或穿透力強的射線使空氣離子化；

(2)宇宙射線的照射作用  宇宙射線的照射可使空氣離子化，但它的作用在距地球表面幾公里處比較明顯；

(3)紫外線輻射及光電效應  短波紫外線能直接使空氣離子化，臭氧的形成就是在小于200nm的紫外線輻射下氧分離的結果，但如遇光電敏感物質（包括金屬、水、冰、植物等），即使不是短波紫外線，也可以通過光電效應如雷電等使這些物質放出電子，與空氣中的氣體分子結合形成負離子；

(4)水、空氣能量電離作用  由于空氣氣壓或水壓形成的勢能和動能，作用于空氣或水中的水分子，使其發生破裂并裂解成正負離子，通常形成在瀑布、噴泉、海濱或者風沙等環境；  

(5)材料自身靜電場作用  由于物質結構的特殊性導致其天生帶有靜電，產生靜電場，當其與空氣中水分子接觸時，電離其中的水分子而形成負離子。   

人為方法產生空氣負氧離子可以通過以下的途徑：

(1)紫外線照射法  從石英汞燈產生的紫外線可以電離空氣，其電子通過光電效應在附近的金屬或灰塵粒子上產生，由附著形成產生了負離子。這種紫外線同時還產生臭氧。

(2)熱離子發射法  當金屬等某些材料被加熱至一定溫度時會發射出電子，發射的電子數由熱離子發射特性和溫度決定。這些被發射出的電子通過對氧和小灰塵粒子的附著產生離子。用這種方法產生的負離子大多數是大的帶電離子，只有小部分是對人的生理能起活化作用的小離子。    

(3)放射性物質輻射法  放射性物質可用來產生空氣負離子。其中放射α粒子的放射性同位素是最有效的離子發生器，如釙210的一個α粒子，可以產生約150000個離子對，它可以把氮和氧的電子排除出來。在所得的離子中，負氧離子占絕對優勢。    

(4)電荷分離法  當細微的灰塵粒子被吹經空氣管道時，便會發生電荷分離現象。進入空氣管道的灰塵粒子與管壁接觸，失掉一個電子，電子附著到其他粒子上便形成了空氣負離子。    

(5)電暈放電法  是指在兩個電極間加有較高的電位差，其中一個電極是直徑很小的尖針，環繞該針狀電極的高電場會產生大量的正、負離子，如果尖針狀電極是負極，正離子則很快被吸收，負離子被排斥到相反的電極，產生了電暈放電的空氣負離子。目前市場上流行的負離子發生器大多數是采用電暈法產生負離子的。電極為雙極性的，一般負極采用針尖狀的，正極采用圓環形的。此類技術還停留在早期的研究基礎上，創新不大，負離子濃度一般不高，擴展性能差，而臭氧濃度較高。 

(6)利用高壓水的噴射作用，從噴嘴向空氣中噴出一股微細水流，它在散裂開時，形成空氣負離子。我國已研制成功強力負離子噴泉，采用高壓水射流噴射裝置，從一個直徑2mm的噴口中就能發射出100萬億個以上的負離子，形成在數萬平方米地面上空的負電性氣候環境。這種設備通常安裝在城市廣場、公園、賓館酒店、療養院和樓堂亭閣的噴水池上，以及現代化的音樂噴泉水池上，微型的可裝在庭院別墅，形成負離子療養區。

（7）電子釋放法  此類技術一般采用直流負高壓作為電子釋放源，電子釋放極采用具有超導特性的材料，而周圍物體、大地等對于負極來說具有很高的正電位，就相當于發生器的正極，基于電位差值，電子通過釋放極高速向空間噴射，以30cm距離測定，一般可達106個/cm3，濃度高的可達107個/cm3，負離子濃度一般較高，擴散性能較好，臭氧濃度一般較低。發生器的電極有單個、雙十、數個等不同數目。