Bij zeer hoge temperaturen, zoals die in sterren of tijdens kernfusiereacties, ondergaan waterstofatomen een proces dat ionisatie wordt genoemd. Ionisatie vindt plaats wanneer een atoom een ​​of meer van zijn elektronen verliest, wat resulteert in een positief geladen ion en vrije elektronen.

In het geval van waterstofatomen kan ionisatie optreden wanneer ze worden blootgesteld aan extreem hoge temperaturen. Bij deze temperaturen wordt de kinetische energie van de atomen zo hoog dat deze de aantrekkingskracht tussen de positief geladen kern en de negatief geladen elektronen overwint. Als gevolg hiervan worden de elektronen van de kern verwijderd, waardoor een positief geladen waterstofion (H+) achterblijft.

Het proces van ionisatie in waterstofatomen kan worden beschreven met de volgende vergelijking:

H atoom → H+ ion + e-

waarbij H het neutrale waterstofatoom voorstelt, H+ het positief geladen waterstofion vertegenwoordigt, en e- het vrije elektron vertegenwoordigt.

Het is belangrijk op te merken dat de ionisatie van waterstofatomen niet beperkt is tot extreem hoge temperaturen. Het kan ook onder bepaalde andere omstandigheden voorkomen, bijvoorbeeld wanneer waterstofatomen worden blootgesteld aan hoogenergetische straling of sterke elektrische velden. De ionisatiesnelheid neemt echter aanzienlijk toe met de temperatuur.