Elektron
Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan bertambahnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron akan meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron dapat mendekati, tetapi tidak dapat mencapai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai "c". Namun, ketika elektron yang bergerak mendekati kecepatan cahaya "c" dimasukkan ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari "c", sehingganya elektron bergerak melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini akan menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.
Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, didefinisikan sebagai formula_1 dengan "v" adalah kecepatan partikel. Energi kinetik "K" sebuah elektron yang bergerak dengan kecepatan "v" adalah:
dengan "m" adalah massa elektron. Sebagai contohnya, pemercepat linear Stanford dapat mempercepat elektron mencapai 51 GeV. Angka memiliki nilai "γ" sebesar hampir 100.000, karena massa sebuah elektron adalah 0,51 MeV/"c". Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali lebih besar daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik untuk sebuah elektron yang bergerak dengan kecepatan yang sama.
Ionisasi
Mengacu pada fisika klasik dan model atom Bohr, membuat ionisasi atomik dan molekuler amat ditentukan. Menurut fisika klasik, energi elektron yang melebihi energi potensial listrik kulit di mana elektron tersebut berada, elektron tersebut akan berpindah. Hal ini bisa diumpamakan dengan orang yang tidak akan bisa melompati pagar satu meter jika ia tidak bisa melompat setinggi satu meter. Elektron tidak akan bisa melewati kulit berpotensial listrik 13,6 eV jika tidak memiliki setidaknya 13,6 eV energi. Menurut prinsip ini, elektron bebas harus memiliki energi yang lebih besar dari kulit potensialnya. Jika elektron tersebut memiliki energi cukup untuk melakukan itu, maka elektron itu akan menuju ke tingkatan energi yang terendah, dan sisa energi akan diradiasikan. Ionisasi sekuensial pada dasarnya mendeskripsikan bahwa bilangan muatan ion hanya didapatkan dari bilangan muatan terdekatnya saja sebanyak satu bilangan. Seperti contoh, ion bermuatan +2 hanya bisa didapatkan dari ion bermuatan +1 atau +3 saja.