根據大地測量學和地理物理學國際聯盟大氣聯合委員會採用的理論，空氣負離子的分子式是O2-（H2O）n，，或OH-(H2O)n,或CO4-（H2O）n。這裡所說具有環保功能的空氣負離子主要指前兩種小分子負離子。簡單的說是指帶負電荷的氧離子，無色無味。空氣是由無數分子、原子組成的。當空氣中的分子或原子失去或獲得電子後，便形成帶電的粒子，稱為離子；帶正電荷的叫正離子，帶負電荷的叫負離子。負離子是空氣中一種帶負電荷的氣體離子，空氣分子在高壓或強射線的作用下被電離所產生的自由電子大部分被氧氣所獲得，因而，常常把空氣負離子統稱為“負氧離子”。
生態級負離子是一種等同於大自然的空氣負離子，也叫輕離子或小離子，具有活性高、遷移距離遠的特點。 空氣負離子按其遷移距離和粒徑大小分為：大、中、小三種離子。對人有益的是小離子，也稱為輕離子，其具有良好的生物活性只有小離子或稱之為小離子團才能進入生物體， 醫學研究表明：對人體有醫療保健作用的是生態負離子。因為只有生態負離子才易於透過人體的血腦屏障，發揮其生物效應。大自然中的空氣負離子之所以造就眾多長壽村，是因為生態負離子比例高，生態負離子由於活性高、遷移距離遠從而在長壽地區上空形成負離子浴環境。
自然界空氣負離子產生有三大機制：
1 、大氣受紫外線，宇宙射線，放射物質，雷雨，風暴，土壤和空氣放射線等因素的影響發生電離而被釋放出的電子很快又和空氣中的中性分子結合，而成為負離子，或稱為陰離子。
2 、瀑布衝擊，細浪推卷暴雨跌失等自然過程中水在重力作用下，高速流動，水分子裂解而產生負離子。
3 、森林的樹木，葉枝尖端放電及綠色植物光合作用形成的光電效應，使空氣電離而產生的負離子。
（二）負離子的發現
負離子發現與套用最早可追溯到十九世紀，第一個國際學術會上證明負離子對人體有功效的是德國物理學家菲利浦萊昂納博士，他認為地球自然環境對人類健康有益的負離子最多的地方是瀑布周圍。（三） 負離子的作用
負離子是一種對人體健康非常有益的遠紅外輻射材料，適宜人體吸收的遠紅外線最佳波長為9.6μm，而負離子礦物晶體輻射遠紅外線的波長在2-18μm範圍內，且輻射功率發射密度為0.04w/cm2略高，以上數據可充分證實，負離子礦物晶體輻射的遠紅外線與人體協調很好，可被人體全部吸收。對於每個正負離子而言，它的壽命是短暫的，一般只存在幾十分鐘。空氣中負離子的多少，受地理條件特殊性影響而含量不同。公園、郊區田野、海濱、湖泊、瀑布附近和森林中含量較多。因此，當人們進入上述場地的時候，頭腦清新，呼吸舒暢和爽快。進入吵雜擁擠的人群，或進入空調房內，則使人感覺悶熱、呼吸不暢等。一般而言，人每天需要約130億個負離子，而我們的居室，辦公室，娛樂場所等環境，只能提供約1——20億個。這種供求之間的巨大反差，往往容易導致肺炎，氣管炎的呼吸疾病。集中採暖以及冷氣設備的空調系統，負離子常被驅除。合成纖維、地毯帶有正電荷易吸收負離子。鋼筋、纖維板都吸收負離子。空氣負離子能還原來自大氣的污染物質、氮氧化物、香菸等產生的活性氧（氧自由基）、減少過多活性氧對人體的危害；中和帶正電的空氣飄塵無電荷後沉降，使空氣得到淨化。
負離子不僅能促成人體合成和儲存維生素，強化和激活人體的生理活動，因此它又被稱為"空氣維生素",認為它像食物的維生素一樣，對人體及其他生物的生命活動有著十分重要的影響，如雷雨過後，空氣的負離子增多，人們感到心情舒暢。而在空調房間，因空氣中負離子經過一系列空調淨化處理和漫長通風管道後幾乎全部消失，人們在其中長期停留會感到胸悶、頭暈、乏力、工作效率和健康狀況下降，被稱之為“空調綜合症”。在醫學界，負離子被確認是具有殺滅病菌及淨化空氣的有效手段。其機理主要在於負離子與細菌結合後，使細菌產生結構的改變或能量的轉移，導致細菌死亡，最終降沉於地面。醫學研究表明，空氣中帶負電的微粒使血中含氧量增加，有利於血氧輸送、吸收和利用，具有促進人體新陳代謝，提高人體免疫能力，增強人體肌能，調節肌體功能平衡的作用。據考證，負離子對人體7個系統，近30多種疾病具有抑制、緩解和輔助治療作用，尤其對人體的保健作用更為明顯。負離子在醫學界被稱為是“空氣維生素”其主要的作用表現在：
1、是對神經系統的影響。可使大腦皮層功能及腦力活動加強，精神振奮，工作效益提高，能使睡眠質量得到改善。負離子還可使腦組織的氧化過程力度加強，使腦組織獲得更多的氧。
2、是對心血管系統的影響。據學者觀察，負離子有明顯擴張血管的作用，可解除動脈血管痙攣，達到降低血壓的目的，負離子對於改善心臟功能和改善心肌營養也大有好處，有利於高血壓和心腦血管疾患病人的病情恢復。
3、是對血液系統的影響。研究證實，負離子有使血液凝聚流速變慢、延長凝血時間的作用，能使血中含氧量增加，有利於血氧輸送、吸收和利用。
4、負離子對呼吸系統的影響最明顯。這是因為負離子是通過呼吸道進入人體的，它可以提高人的肺活量。有人曾經試驗，在玻璃面罩中吸入空氣負離子30分鐘，可使肺部吸收氧氣量增加20%，而排出二氧化碳量可增加14.5%，故負離子有改善和增加肺功能的作用。
除此之外，空氣負離子還有鎮靜、催眠的作用。如果我們每天吸入適量的負離子，持之以恆，對健康大有裨益：使人精力旺盛，消除疲勞和倦怠，提高工作效率。改善睡眠，消除神經衰弱。降低疾病發病率，預防感冒和呼吸道疾病。改善心、腦血管疾病的症狀。在負離子作用下，可使骨骼的興奮性增加，運動時值降低，有助於運動員提高成績，特別是對一些需迅速反應的項目，如短跑、游泳等。
大氣中離子的含量一般為1立方厘米內含400—700對，離地面愈高，大氣中的離子也愈多。空氣中離子的多少，還受地理條件、地壤放射性物質的活動、氣象（風、雨、雷、濕度、雲彩等）和季節等因素的影響，據測定，住房中每1立方厘米空氣中的離子含量為25—450對，城市街道上為70—500對，公園裡為170—600對，在山頂上為240—1100對，在霸王嶺林區可以達到每1立方厘米60000-80000對，是天安門廣場600倍以上。
環境負離子濃度（個/cm3）作用
室內冷暖空調房間0—20 引發“空調病”症狀
都市住宅封閉區40—50 誘發呼吸道疾病、失眠、神經衰弱、過敏性疾病等
街道綠化區100—200 誘發生理障礙邊緣
都市公園1000—2000 維持健康基本需求
郊外、海邊5000—50000 增強人體免疫力及抗菌力
高山、海邊50000—100000 殺菌、減少疾病傳染
森林、瀑布區100000—500000 具有自然痊癒能力負離子粉體負離子與健康
據測試負離子粉體對遠紅外的發射率為90%以上
（四）補充負離子作用：
現代疾病之所以難以治癒，絕大部分原因在於正離子的作用，即使非常先進的現代醫學，也並不能從真正意義上治好疾病，其結果往往是藥物的副作用加速了生物體細胞組織的老化。而負離子療法能夠使酸性的生物體組織及血液、體液由酸性變成弱鹼性，促使機體生理作用旺盛，新陳代謝加快。當生物體的各項機能恢復平衡時，體內不斷產生的活性氧就被中和成水，氧化物質可迅速得到還原，機體的自然治癒力也隨之恢復、增強。各種各樣的實驗已證明了賦予生命能量的負離子，在臨床實踐中獲得的驚人療效：
1、使各組織細胞活化、增強免疫力，對於維持人體健康具有極大的作用；
2、使細胞新陳代謝旺盛、提高其自然治癒力，防止細胞老化、創造年輕的身心;
3、使體內蓄積的廢物或毒素及造成神經、肌肉疼痛等原因的物質----弱酸被迅速分解掉，從而消除疼痛及疲勞；
4、中和正離子並使其還原，能夠消除肌肉緊張、減輕精神壓力，對於失眠症具有超乎尋常的效果；
5、恢復血管的彈性，促進毛細血管微循環的順暢，改善肢端冷感症；
6、使細胞活化、改善過敏體質、強化身體的抵抗力、根治異位性皮膚炎；
7、及時排除皮膚內的廢物，促進皮膚細胞活化，對於美容具有超群的療效；
8、使酸性化的生物體變成弱鹼性，促進細胞組織的膠原蛋白生成，並分解、燃燒糖，因此對於糖尿病具有驚人的效果。
負離子治療疾病機理
1、提高抵禦癌細胞活性的自然殺手NK細胞的功能，抑制癌細胞的生成與變異；
2、抑制血清膽固醇的生成，淨化血液，使巨噬細胞活化，防止脂質沉積於血管壁；
3、抑制無色三烯的生成，使機體不易引起過敏或發炎症狀；
4、抑制腎上腺素的產生，使末梢血管擴張，改善血液循環，維持血壓的穩定；
5、防止引起動脈硬化或肝臟功能障礙的首要因素過氧化脂的產生。
負離子紡織品
負離子功能紡織品由日本最先研發成功，它集釋放負離子功能、遠紅外線輻射、抗菌、抑菌、除臭、去異味、抗電磁輻射等多種功能於一體，是一種高科技產品。該產品的形成是依賴在纖維生產過程中或在織物染整加工過程中添加了一種純天然礦物添加劑，其主要成分為一種典型的極性晶體結構的負離子素。它是一種對人體健康非常有益的遠紅外輻射材料。它的單元體具有偶極矩，當進行熱運動時，相應的偶極矩就發生變化，使分子激發，當激發態分子躍遷到基態時，把多餘的能量以電磁波的方式放出。人體吸收遠紅外線最佳波長為9.6μm，而負離子添加劑輻射遠紅外線的波長在2~18μm圍內。負離子添加劑輻射的遠紅外線與人體協調性好，可被人體全部吸收，並可中和電磁波的正電荷，同時吸收電磁波，一方面轉化為遠紅外線，另外又可刺激添加劑發射更多的負離子從而具有抗電磁波輻射效果。負離子添加劑能除臭去異味和抗菌抑菌的機理是：1）由於有害氣體、細菌及人體產生的異味均帶有正電荷，而負離子能中和和包覆帶有正電荷的有害氣體直到無電荷後沉降。同時添加劑每個晶體顆粒周圍都形成一個電場，具有0.06mA微電流能對細菌等有機物進行分解，使其成為無害物質。2）由於負離子材料周圍有104~107V/m的強電場，可殺死細菌或抑制其分裂增生，使其失去繁殖條件，同時遠紅外線輻射能也可使電磁波能量起到抗菌效果。我國也正在開發這種高科技產品。其開發方向十分廣泛，從服裝、床上用品、家用紡織品、洗浴用品、體育用品到鞋帽在各種場合都可開發來呵護人們的健康。負離子紡織品做成的服裝，直接穿在身上與皮膚接觸，可加速負離子的發射，消除氧自由基對人體健康的多種危害。有資料證明穿了負離子的服裝可使人體體液呈pH值為7.4左右的弱鹼性，從而使人體細胞活化促進新陳代謝，淨化血液清除體內廢物，抑制心血管疾病。同時負離子材料的永久電極還能直接對皮膚產生微弱的電刺激作用，它能調節植物神經系統、消炎，鎮痛提高免疫力，增強抗病能力對多種慢性疾病有輔助治療效果。另外，用負離子紡織品製成的家用紡織品，既可營造室內負離子空氣氛圍，又可除臭去異味。製成體育用品既可保護人體免受傷害，又可起到舒筋活血、減輕傷痛作用。
