大气中的气体分子在电离的情况下会带上正电荷或负电荷，呈离子状态。 森林大气中负氧离子产生的主要机理如下所述。 1、大气中的氧分子受太阳紫外线、宇宙射线、雷电、风暴及空气和山地岩石中放射性元素物质等因素诱导而发生电离，生成负氧离子。 2、水的喷筒电效应(也叫勒纳德效应）森林中溪涧的跌失、瀑布的冲击等使水滴破碎，水分子破解失去电子而成为正离子，而周围空气中的氧分子捕获这些电子而成为负氧离子。这种效应被称为喷筒电效应或瀑布效应。睡得流速越大，其喷筒电效应越强。 3、许多植物的茎、皮、叶等器官或组织分化成针状结构，着种曲率较小的针状结构，会发生“尖端放电”作用为诱导产生负氧离子；另外，一些树木和花草所分泌出的萜烯类和芳香类物质能促使空气电离产生丰富的负氧离子。
人为方法产生负氧离子可以通过以下的途径： (1)电荷分离法 当细微的灰尘粒子被吹经空气管道时，便会发生电荷分离现象。进入空气管道的灰尘粒子与管壁接触，失掉一个电子，电子附着到其他粒子上便形成了空气负离子。 (2)电晕放电法 是指在两个电极间加有较高的电位差，其中一个电极是直径很小的尖针，环绕该针状电极的高电场会产生大量的正、负离子，如果尖针状电极是负极，正离子则很快被吸收，负离子被排斥到相反的电极，产生了电晕放电的空气负离子。目前市场上流行的负离子发生器大多数是采用电晕法产生负离子的。电极为双极性的，一般负极采用针尖状的，正极采用圆环形的。此类技术还停留在早期的研究基础上，创新不大，负离子浓度一般不高，扩展性能差，而臭氧浓度较高。 (3)利用高压水的喷射作用，从喷嘴向空气中喷出一股微细水流，它在散裂开时，形成空气负离子。我国已研制成功强力负离子喷泉，采用高压水射流喷射装置，从一个直径2mm的喷口中就能发射出100万亿个以上的负离子，形成在数万平方米地面上空的负电性气候环境。这种设备通常安装在城市广场、公园、宾馆酒店、疗养院和楼堂亭阁的喷水池上，以及现代化的音乐喷泉水池上，微型的可装在庭院别墅，形成负离子疗养区。 （4）电子释放法 此类技术一般采用直流负高压作为电子释放源，电子释放极采用具有超导特性的材料，而周围物体、大地等对于负极来说具有很高的正电位，就相当于发生器的正极，基于电位差值，电子通过释放极高速向空间喷射，以750px距离测定，一般可达106个/cm3，浓度高的可达107个/cm3，负离子浓度一般较高，扩散性能较好，臭氧浓度一般较低。发生器的电极有单个、双十、数个等不同数目。 （5）负离子转换器法 内部有特定的介电轻石和离子接收管，通过精确控制介电轻石湿度，可在内部形成成千上万个不规则电容，离子进入离子接收管前在介电轻石内部不断摩擦、碰撞，做不规则运动，由此提高负离子的脉动能量，然后经由粒子释放器释放到空气中，形成高活性、小粒径、迁移距离远的生态级小粒径负离子。此技术生成的为具有疗养保健功效的负氧离子，纯度及浓度都较高。