Tehokas ydinvaraus on atomin ytimessä olevien protonien vetovoima elektronissa sen jälkeen, kun atomin elektronien hylkimisvoima on otettu pois. Tämän varauksen numeerinen arvo saadaan yksinkertaisella matemaattisella kaavalla, Z(tehokas)=ZS, jossa Z on positiivinen varaus ja S on elektronien lukumäärä täysin miehitetyillä kiertoradalla. Neutraaleissa atomeissa tehollinen ydinvaraus on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä uloimmalla kiertoradalla, joita kutsutaan valenssielektroneiksi.
Atomeissa kaikilla protoneilla on yksi positiivinen varaus. Atomi erottuu muista atomeista siinä olevien protonien lukumäärän perusteella, vaikka neutronien määrä voi vaihdella saman tyypin eri atomien välillä, ja joissakin saman tyypin atomeissa voi olla ioneja, joissa on enemmän tai vähemmän elektroneja kiertoradalla. Atomin positiivinen kokonaisvaraus on sen protonien lukumäärä, joka on myös atomin atomiluku, kuten alkuaineiden jaksollisesta taulukosta näkyy. Ensimmäinen askel atomin tehokkaan ydinvarauksen määrittämisessä on määrittää sen positiivinen kokonaisvaraus, mikä voidaan suorittaa etsimällä atomin atomiluku.
Elektronit vedetään kohti atomin ydintä ja niitä löytyy kiertoradoilta, jotka täyttyvät ennustettavasti. Ensimmäinen orbitaali voi sisältää vain kaksi elektronia. Seuraavat kiertoradat sisältävät kukin kahdeksan elektronia ollessaan täynnä. Normaalioloissa ja atomin tehokkaan ydinvarauksen löytämiseksi elektronit miehittävät ydintä lähinnä olevan kiertoradan.
Täysin varatut kiertoradat vastustavat saman määrän positiivista varausta kuin ne sisältävät negatiivista varausta. Esimerkiksi atomi, jossa on 12 protonia ja 12 elektronia, joka on neutraali atomi, menettää 2 positiivista varausta täysin varatulta ensimmäiseltä kiertoradalta ja 8 positiivista varausta toiselta kiertoradalta. Kolmannen kiertoradan kaksi muuta elektronia eivät vaikuta atomin teholliseen ydinvaraukseen, joka tässä tapauksessa olisi 12 miinus 10 tai 2.
Useimmissa tapauksissa yksinkertaistettu yhtälö riittää löytämään atomin tehollisen ydinvarauksen. Yhtälön monimutkaisemmissa versioissa otetaan huomioon valenssielektronien pieni negatiivinen varaus, jota pidetään merkityksettömänä useimmissa tarkoituksissa. Ioneilla on myös tehokas ydinvaraus, joka poikkeaa hieman standardiyhtälöstä, koska ylimääräisen elektronin lisääminen ulommalle kiertoradalle tekee siitä hieman vähemmän positiivisen ja elektronin katoaminen lisää atomin positiivista vetovoimaa.