ประจุพลังงานนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพคือแรงดึงดูดของโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมบนอิเล็กตรอนหลังจากแรงผลักดันของอิเล็กตรอนของอะตอมถูกแยกออก ค่าตัวเลขของประจุนี้พบได้จากสูตรทางคณิตศาสตร์อย่างง่าย Z (มีผลบังคับใช้) = ZS โดยที่ Z คือประจุบวกและ S คือจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรที่ถูกยึดครองทั้งหมด ในอะตอมที่เป็นกลางประจุไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในวงนอกสุดซึ่งเรียกว่าวาเลนซ์อิเล็กตรอน
ในอะตอมโปรตอนทั้งหมดมีประจุเป็นบวก อะตอมแตกต่างจากอะตอมอื่น ๆ ตามจำนวนของโปรตอนที่มีแม้ว่าจำนวนนิวตรอนอาจแตกต่างกันระหว่างอะตอมที่แตกต่างกันในประเภทเดียวกันและอะตอมบางชนิดที่เหมือนกันอาจมีไอออนที่มีอิเล็กตรอนมากหรือน้อยในวงโคจร ประจุบวกทั้งหมดของอะตอมคือจำนวนโปรตอนของมันซึ่งเป็นเลขอะตอมของอะตอมดังที่แสดงในตารางธาตุ ขั้นตอนแรกในการพิจารณาค่าใช้จ่ายนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพของอะตอมคือการกำหนดประจุบวกทั้งหมดซึ่งสามารถทำได้โดยค้นหาหมายเลขอะตอมของอะตอม
อิเล็กตรอนถูกดึงเข้าสู่นิวเคลียสของอะตอมและถูกพบในวงโคจรที่เติมเต็มในแบบที่คาดการณ์ได้ การโคจรครั้งแรกอาจมีเพียงสองอิเล็กตรอน วงโคจรแต่ละอันจะมีอิเล็กตรอนแปดตัวเมื่อเต็ม ภายใต้สถานการณ์ปกติและเพื่อจุดประสงค์ในการค้นหาประจุพลังงานนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพของอิเล็กตรอนอิเล็กตรอนจะครอบครองวงโคจรที่ใกล้เคียงที่สุดกับนิวเคลียส
วงโคจรที่ถูกครอบครองทั้งหมดตอบโต้กับประจุบวกจำนวนเดียวกันเนื่องจากมีประจุลบ ตัวอย่างเช่นอะตอมที่มี 12 โปรตอนและ 12 อิเล็กตรอนซึ่งเป็นอะตอมที่เป็นกลางจะสูญเสียประจุบวก 2 ดวงจากวงโคจรแรกที่ถูกประจุเต็มและประจุบวก 8 อันจากวินาที อิเล็กตรอนอีกสองตัวในวงโคจรที่สามไม่ส่งผลต่อประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพของอะตอมซึ่งในกรณีนี้คือ 12 ลบ 10 หรือ 2
ในกรณีส่วนใหญ่สมการที่ง่ายนั้นเพียงพอที่จะค้นพบประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพของอะตอม สมการที่ซับซ้อนกว่านี้คำนึงถึงประจุลบขนาดเล็กของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ซึ่งถือว่าน้อยมากสำหรับจุดประสงค์ส่วนใหญ่ ไอออนจะมีประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งเบี่ยงเบนไปจากสมการเล็กน้อยเนื่องจากการเพิ่มอิเล็กตรอนพิเศษไปยังวงโคจรรอบนอกจะทำให้ประจุบวกน้อยลงและการสูญเสียอิเล็กตรอนจะเพิ่มแรงดึงดูดเชิงบวกของอะตอม
