Kationit ovat positiivisesti varautuneita ioneja, jotka muodostuvat, kun atomi menettää yhden tai useamman elektronin kemiallisen reaktion aikana. Ymmärtääksesi mitä tämä tarkoittaa, on hyödyllistä tarkastella joitain kemian perustietoja. Ymmärtäminen, mitä atomi on, jotain atomin rakenteesta ja ominaisuuksista, ja sitten mitä tapahtuu kemiallisen reaktion aikana, tarjoavat tärkeän taustan.
Kaikki maapallolla koostuu aineesta, joka puolestaan koostuu atomeista. Atomit ovat erittäin pieniä ja niitä voidaan havaita vain erikoistuneilla tieteellisillä laitteilla. Kaikki atomit koostuvat kolmesta päähiukkasesta: protoneista, neutroneista ja elektroneista. Näiden hiukkasten määrä kussakin atomissa tekee elementeistä erilaisia. Se määrittää myös niiden kemialliset ominaisuudet tai miten atomit toimivat eri olosuhteissa.
Protonit kantavat positiivista sähkövarausta, neutronit eivät varausta ja elektronit ovat negatiivisesti varautuneita. Atomin ydin koostuu protoneista ja neutroneista, jotka on liitetty yhteen, mikä muodostaa lähes koko atomin painon. Elektronit kiertävät ytimen ympäri orbitaaleilla eli energiatasoilla. Nämä hiukkaset ovat tärkeitä, koska tapa, jolla ne on järjestetty ytimen ympärille, määrää atomin ominaisuudet – onko se altis saamaan tai menettämään elektroneja.
Atomit haluavat saada energiatasonsa täyttämään elektronit, ja he luopuvat tai ottavat elektroneja muista atomeista tehdäkseen sen. Näin tapahtuu kemiallisen reaktion aikana. Kun atomi menettää tai saa elektroneja reaktion aikana, siitä tulee ioni.
Kationi muodostuu, kun atomi menettää elektroneja kemiallisen reaktion aikana. Sillä on positiivinen sähkövaraus, koska siinä on enemmän protoneja kuin elektroneja, ja se houkuttelee anioneja, joilla on negatiivisia varauksia.
Positiiviset ja negatiiviset varaukset houkuttelevat toisiaan, joten erilaiset ionit voivat pitää yhteen ionisidoksilla ja muodostaa molekyylejä. Ruokasuola on esimerkki yhdisteestä, jota kationien ja anionien välinen ionisidos pitää yhdessä. Suola muodostuu, kun positiiviset natriumionit tulevat yhteen negatiivisten kloori -ionien kanssa. Tämä yhdiste on erittäin vakaa, kun se istuu pöydällä, mutta ionisidos hajoaa helposti, kun vettä lisätään. Suola liukenee veteen, koska vesi katkaisee ionisidoksen natriumin ja kloorin välillä.
Ioneja merkitään yläindeksillä, joka osoittaa, onko sähköinen sähkövaraus positiivinen (plusmerkki) vai negatiivinen (miinusmerkki) ja saatujen tai menetettyjen elektronien määrä. On olemassa monia yleisiä kationeja, jotka voivat koostua yhdestä tai useammasta elementistä, joita pitävät yhdessä kemialliset sidokset. Tavalliset metallit alumiini ja kupari ovat yksinkertaisia esimerkkejä.