NAI主要是由空气中含氧负离子与若干个水分子结合形成的原子团，根据地理物理学和大地测量学国际联盟的大气联合委员会采用的理论，NAI就是O2-（H2O）n，或OH-（H2O）n，CO4（H2O）2，是带负电荷单个气体分子以及其轻离子团的总称。由于氧分子比CO2，N2等分子更具有亲电性，因此氧分子会优先获得电子形成负离子，所以NAI主要由负氧离子组成，故常被称为空气负氧离子。[2]
1889年德国的科学家Elster和Geitel首次发现了NAI的存在，19世纪末，德国物理学家菲利浦·莱昂纳德博士在学术上首次证明负氧）离子对人体的功效[3] ，Aschkinass和Caspari等学者于1902年进一步肯定了NAI的生物学意义。1932年世界首台医用NAI发生器诞生于美国。[2] [4]
2020年07月，清华大学天津高端装备研究院先进制造研发中心主任张晓昊博士团队成功研制出医疗保健级高浓度负氧离子生成剂，只需喷洒在房间墙壁上，就能在墙壁上形成一个均匀致密的纳米颗粒层，从而使室内墙壁稳定长效的释放高浓度小粒径负氧离子，目前该成果已获得国家专利。将纳米级电气石粉均匀致密地附着在物体表面，使它的效果最大化，是这项技术的一个关键点，相关成果的7篇论文被《物理学报》《微流体与纳米流体学》等SCI期刊收录。这一技术属于国内首创，填补了无色透明的高效负离子生成材料这一空白。相比于目前广泛采用的高压电离技术，该技术产生负氧离子的过程无需能源消耗,小粒径负氧离子占比高,并且有效避免了高压电离技术伴生臭氧的问题。[10]
NAI作为活性氧的重要成员之一，由于其带负电荷在结构上与超氧化物自由基相似，其氧化还原作用强，能够破坏细菌病毒电荷的屏障及细菌细胞活性酶的活性；另外，NAI可以沉降空气中的悬浮颗粒物[2] 。然而负离子浓度并非越高越好，当浓度超过106个/cm3时，负离子对机体会产生一定的毒副作用。[5]
大气中除了氮气、氧气、二氧化碳、水汽和各种气溶胶粒子外，还有一些离子化空气。离子化空气包括空气的负离子和正离子。而空气分子是由原子组成的，原子核和电子构成原子，原子核带正电荷，电子带负电荷。当空气分子受到电离等外界条件，获得足够的能量时，脱离原子核束缚的外围电子变成自由电子，失去电子的中性分子或原子核变成空气正离子，而空气中的中性分子或原子捕获逃逸出来的自由电子时，则变成空气负离子。[2]
NAI包括带负电荷的单个气体分子和轻离子团，大气中NAI和空气正离子是同时存在的。按照大气离子体积的大小，可将其分为大离子、中离子和小离子。小离子是分子尺度大小的离子；大离子是大气溶胶粒子吸附上小离子，成为带上正电荷或负电荷的离子；而当空气离子周围聚集着几个中性分子时，就成了中离子，其大小介于小离子和大离子之间。而目前大多研究分析讨论的NAI是指空气负电荷小离子。[2]