Ioni on atomi tai molekyyli, jolla on positiivinen tai negatiivinen sähkövaraus. Kahtaisioni on molekyyli, jolla on sekä positiivisia että negatiivisia varauksia, mutta jonka nettovaraus on nolla. Atomit koostuvat positiivisesti varautuneista subatomisista hiukkasista, joita kutsutaan protoneiksi, negatiivisesti varautuneiksi elektroneiksi ja neutraaleiksi hiukkasiksi, joita kutsutaan neutroneiksi. Kun protonien lukumäärä ei ole yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä, atomilla on positiivinen tai negatiivinen varaus. Negatiivisesti varautuneita atomeja tai molekyylejä kutsutaan anioneiksi, kun taas positiivisesti varautuneita atomeja ja molekyylejä kutsutaan kationeiksi.
Hapot ja emäkset voivat esiintyä ioneina tai varaamattomina molekyyleinä, mutta neutraalilla pH -tasolla ne ovat ioneja. Useimmat kahtaisionit ovat amfoliitteja – molekyylejä, jotka sisältävät sekä happamia että emäksisiä ryhmiä. Aminohapot ovat klassinen esimerkki; niillä on molemmat ryhmät yhdessä molekyylissä, mutta koska molemmat ovat varautuneet neutraaliin pH -arvoon, aminohapon nettovaraus on nolla.
Sähkövaraustensa vuoksi kahtaisioni liukenee hyvin veteen ja liukenematon orgaanisiin liuottimiin. Vesimolekyylit ovat polaarisia vety- ja happimolekyylien sähköisten erojen vuoksi; toisin sanoen veden happiatomit vetävät kationeihin ja vedyn atomit vetävät anioneihin. Kun kahtaisioni liuotetaan veteen, vedessä olevat vetyatomit ympäröivät välittömästi negatiivisesti varautuneen ryhmän ja vedessä olevat happiatomit välittömästi ympäröivät positiivisesti varautunutta ryhmää liuottamalla se perusteellisesti.
Aminohappojen lisäksi joitakin muita yleisiä näiden molekyylien tyyppejä ovat puskurit, pesuaineet ja lääkkeet. Se, että ne liukenevat veteen, tekee niistä niin hyödyllisiä. Kun kahtaisionia säilytetään kiinteässä, kuivassa muodossa, esimerkiksi pillereinä, se on neutraalin molekyylin tai suolan muodossa. Kun se syödään tai asetetaan veteen, se saa ionisen tai varautuneen muodonsa ja liukenee.
Vaikka on totta, että useimmat aminohapot ovat neutraaleja, on tärkeää huomata, että joillakin on kolmas varautunut ryhmä, mikä antaa heille yleisen positiivisen tai negatiivisen varauksen. Tästä syystä aminohapoista koostuvilla proteiineilla on yleensä negatiivinen tai positiivinen nettovaraus.