När atomer kommer i närheten kan valenselektronerna interagera med varandra. Denna interaktion kan leda till överföring av valenselektroner från en atom till en annan, vilket resulterar i bildandet av positiva och negativa joner. Alternativt kan valenselektronerna delas mellan två eller flera atomer och bilda kovalenta bindningar.
I vissa fall kan valenselektronerna avlägsnas helt från atomen och lämna kvar en positivt laddad jon. Denna process, känd som jonisering, kan inträffa när en atom utsätts för högenergistrålning, såsom röntgenstrålar eller gammastrålar, eller när den kolliderar med en annan atom eller molekyl med tillräcklig energi.
Fria elektroner kan också genereras genom termisk energi. När ett ämne värms upp får atomerna och molekylerna kinetisk energi, vilket får dem att vibrera kraftigare. När temperaturen ökar blir vibrationerna mer energiska och valenselektronerna kan lossna från sina atomer, vilket resulterar i bildandet av fria elektroner och positivt laddade joner. Denna process är känd som termisk jonisering.
Slutligen kan fria elektroner produceras genom fotoemission, som uppstår när ljus interagerar med ett material. När en foton av ljus träffar en atom eller molekyl kan den överföra sin energi till en elektron, vilket gör att elektronen stöts ut från atomen eller molekylen. Denna process är känd som den fotoelektriska effekten och är grunden för olika optoelektroniska enheter som fotodioder och solceller.
