Učinkoviti nuklearni naboj je privlačna sila protona u jezgri atoma na elektron nakon što se odbaci sila odbijanja elektrona atoma. Numerička vrijednost ovog naboja nalazi se kroz jednostavnu matematičku formulu, Z(efektivna)=ZS, gdje je Z pozitivni naboj, a S broj elektrona u potpuno zauzetim orbitalama. U neutralnim atomima, efektivni nuklearni naboj jednak je broju elektrona u najudaljenijoj orbitali, koji se nazivaju valentnim elektronima.
U atomima svi protoni imaju jedan pozitivan naboj. Atom se razlikuje od drugih atoma po broju protona koje ima, iako broj neutrona može varirati između različitih atoma istog tipa, a neki atomi istog tipa mogu imati ione s više ili manje elektrona u orbiti. Ukupni pozitivni naboj atoma je broj njegovih protona, koji je ujedno i atomski broj atoma kako je prikazano na periodnom sustavu elemenata. Prvi korak u određivanju efektivnog nuklearnog naboja atoma je određivanje njegovog ukupnog pozitivnog naboja, što se može postići traženjem atomskog broja atoma.
Elektroni se privlače prema jezgri atoma i nalaze se u orbitalama koje se pune na predvidljiv način. Prva orbitala može sadržavati samo dva elektrona. Sljedeće orbitale sadrže po osam elektrona kada su pune. U normalnim okolnostima, iu svrhu pronalaženja učinkovitog nuklearnog naboja atoma, elektroni će zauzeti najbližu orbitalu jezgri koju mogu.
Potpuno zauzete orbitale suprotstavljaju se istoj količini pozitivnog naboja jer sadrže negativan naboj. Na primjer, atom s 12 protona i 12 elektrona, koji je neutralni atom, izgubit će 2 pozitivna naboja s potpuno zauzete prve orbitale i 8 pozitivnih naboja s druge. Druga dva elektrona u trećoj orbitali ne utječu na efektivni nuklearni naboj atoma, koji bi u ovom slučaju bio 12 minus 10 ili 2.
U većini slučajeva, pojednostavljena jednadžba je dovoljna za otkrivanje efektivnog nuklearnog naboja atoma. Složenije verzije jednadžbe uzimaju u obzir mali negativni naboj valentnih elektrona, koji se u većini namjena smatra zanemarivim. Ioni će također imati učinkovit nuklearni naboj koji neznatno odstupa od standardne jednadžbe, budući da će dodavanje dodatnog elektrona vanjskoj orbitali učiniti nešto manje pozitivnom, a gubitak elektrona će povećati pozitivnu privlačnost atoma.