负氧离子的产生机理主要有以下四种：一是水分子在跌落或高速运动过程中电离；二是植物的尖端放电和光电效应，绿色植物在光合作用的过程中发生光电效应；三是然界中的放射性物质，会使空气分子发生电离；四是宇宙射线与紫外线，使气体分子电离，大气运动形成的风与地面的摩擦过程，还有雷电的瞬时高电压，也能产生空气离子。
人工合成：
1、双极电晕放电：是指在两个电极间加有较高的电位差，其中一个电极是直径很小的尖针，环绕该针状电极的高电场会产生大量的正、负离子，如果尖针状电极是负极，正离子则很快被吸收，负离子被排斥到相反的电极，产生了电晕放电的空气负离子。
目前市场上流行的负离子发生器大多数是采用电晕法产生负离子的，所产生的负离子浓度一般不高，扩展性能差，而臭氧浓度较高。
2、单极电子喷射：一般采用直流负高压作为电子释放源，电子释放极采用具有超导特性的材料，而周围物体、大地等对于负极说具有很高的正电位，就相当于发生器的正极，基于电位差值，电子通过释放极高速向空间喷射，与空气中的其体分子相结合生成负离子。负离子浓度一般较高，扩散性能较好，臭氧浓度一般较低。
3、独特电子释放法：由生态负离子生成芯片及纳子富勒烯负离子释放器构成。生态负离子生成芯片将压电陶瓷负离子发生器及离子变换器高度集成，不仅实现了生态级负离子的生成，而且极大的减小了负离子产品的体积。离子变换器是负离子转换器的升级版，其实质是应用于负离子生成系统的脉冲频率增强器。
脉冲频率增强器能有效提高负离子的脉动能量，使利用此技术的空气负离子功能电器产生小粒径、高活性的生态级负氧离子。具有负离子系统和污染物收集系统的生态负离子技术更是在前两项负离子技术的基础上增加了污染物收集系统，不仅可以生成高浓度的生态级小粒径负氧离子，还可以是将与负离子结合的颗粒污染物吸附收集，提高机器的净化效率。