在自然状态下，空气分子的极性呈中性，即不带电荷。但在紫外线、辐射、雷击闪电等作用下，空气分子会失去一部分围绕原子核旋转的外层电子，使空气发生电离。逃逸原子核束缚的电子称为自由电子，带负电荷。当自由电子与其它中性气体分子结合后，就形成带负电荷的空气负离子。
负离子发生器则是通过脉冲、振荡电器将低电压升至直流负高压，利用碳刷直流高压产生高电晕，高速释放出大量电子（e-），而电子无法长久存在于空气中，会立刻被空气中的O2分子捕捉，形成氧负离子（O2-），它的工作原理与“打雷闪电”时产生负离子的现象一致。
大气中负离子浓度与人类健康息息相关，研究表明，空气中负离子的浓度是空气质量好坏的关键。负离子不仅可以高效杀灭家居空气中因长期密闭而日趋增多的灰尘、烟雾、细菌，更能中和空气中的正离子，改善肺、心肌功能，增强人体抵抗能力，是家居生活必不可少的健康卫士。