第一電離能反常的元素是氮元素和氫元素。
第一電離能反常的原因是價電子的排布的變化引起的，例如正常情況下，氧元素的第一電離能應該大於氮元氧原子半徑小，但是由於氮原子的價電子排布爲2s22p3，p軌道上3個電子處於半充滿狀態。
第一電離能反常的主族第一電離能反常的主族是第二主族和第五主族，都比相鄰主族高，第二主族的價電子排布爲ns2屬於全滿結構比較穩定，失去一個電子比較困難，所以第一電離能比較大，第五主族的價連電子排布爲ns2np3，np能級爲半滿結構比較穩定，難以失去電子所以第一電離能比較大。
電離能是基態的氣態原子失去電子變爲氣態陽離子即電離，必須克服核電荷對電子的引力而所需要的能量，電離能應該爲正值因爲從原子取走電子需要消耗能量，對於多電子原子處於基態的氣態原子生成氣態一價陽離子所需要的能量，稱爲第一電離能常用符號I1表示。
鎂和鋁，氮和氧，也就是第二主族與第三主族，第五主族與第六主族，分別是因爲電子軌道全滿和半充滿
電離能是基態的氣態原子失去電子變爲氣態陽離子（即電離），必須克服核電荷對電子的引力而所需要的能量。單位爲kJ·mol-1。電離能應該爲正值因爲從原子取走電子需要消耗能量。對於多電子原子，處於基態的氣態原子生成氣態一價陽離子所需要的能量，稱爲第一電離能，常用符號I1表示。由氣態+1價陽離子再失去1個電子而變成氣態+2價陽離子，這時要吸收的能量叫做第二電離能（I2），I3、I4等可以依此類推，逐級電離能逐步升高。
電離能反常是因爲電子所在的能級不一樣，電子所具有的能量的大小就不一樣。當兩個電離能出現一個很大的差別數值，這個時候就一定是電子的能層出現的不同，也就是不同的能層的電子電離出來一個電子所需要的能量差距是很大的。
