มีการนิยามคำว่าสถานะออกซิเดชันมากมายตามหนังสือต่าง ๆ มากมาย อย่างไรก็ตาม IUPAC ได้ให้คำนิยามและวิธีการหาสถานะออกซิเดชันไว้ 2 ลักษณะ ดังนี้

นิยามอย่างง่ายตาม IUPAC Gold Book

นิยามคำว่า สถานะออกซิเดชัน อ้างตามหนังสือเล่มสีทอง IUPAC ระบุว่า

สถานะออกซิเดชันเป็นการวัดระดับออกซิเดชันของอะตอมในสาร ซึ่งสถานะออกซิเดชันถูกกำหนดให้เป็นประจุของอะตอมซึ่งอาจจะมาจากการนับอิเล็กตรอนตามกฎดังต่อไปนี้

1. สถานะออกซิเดชันของธาตุอิสระ (free element หรือ uncombined element) เท่ากับ ศูนย์
2. สำหรับไอออนอย่างง่าย ได้แก่ ไอออนอะตอมเดี่ยว (monoatomic ion) สถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุสุทธิของไอออน
3. ในสารประกอบทั่วไป ไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +1 และออกซิเจนมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ -2 ยกเว้น ใน สารประกอบไฮไดรด์ของโลหะกัมมันต์ เช่น LiH ไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ -1 และในสารประกอบเปอร์ออกไซด์ออกซิเจนมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ -1 เช่น H2O2 เป็นต้น

ผลรวมเลขคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมต่าง ๆ ในสารประกอบที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะต้องเท่ากับศูนย์ ในทำนองเดียวกันผลรวมเลขคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมต่าง ๆ ในไอออนจะต้องเท่ากับประจุของไอออนนั้น ๆ ด้วย ตัวอย่างของสถานะออกซิเดชันของกำมะถันใน H2S, S8 , SO2, SO3, และ H2SO4 เท่ากับ -2, 0, +4, +6 และ +6 ตามลำดับ อะตอมที่มีสถานะออกซิเดชันที่สูงกว่าจะมี ระดับออกซิเดชัน (degree of oxidation) ที่สูงกว่า และ อะตอมที่มีสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า จะมี ระดับรีดักชัน (degree of reduction) ที่สูงกว่า[8]

นิยามทางวิทยาศาสตร์ตาม IUPAC Technical Report

พาเวล กาเรน (Pavel Karen) และคณะได้เสนอการกำหนดนิยามของคำว่าสถานะออกซิเดชันและตีพิมพ์ในวารสารของ IUPAC ในปี ค.ศ. 2014 ในลักษณะรายงานทางเทคนิค (Technical Report)[9] โดยได้กำหนดให้นิยามคำว่า ‘สถานะออกซิเดชัน’ โดยทั่วไปว่า

“สถานะออกซิเดชัน คือ ประจุของอะตอมหลังจากการประมาณแบบไอออนิกของพันธะของอะตอมนั้น”

การประมาณแบบไอออนิก (ionic approximation) อาจจะทำได้โดยการพิจารณาการมีส่วนร่วมของอะตอมในออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (MO) (รูป 1) หรือทำได้ด้วยการพิจารณาค่าอิเล็กโตรเนกาทิวิตีของอัลเลน (Allen’s EN) (รูป 2)

รูป 1: ซ้ายเป็นแผนภาพ MO ของพันธะระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน A-A ขวาเป็นแผนภาพ MO ของอะตอมที่มีพันธะระหว่างอะตอมต่างชนิด A-B ซึ่งจะมีเครื่องหมายแสดงความเป็นไอออนิกของพันธะ รูป 2: แผนภาพเปรียบเทียบพลังงานของอะตอม ซ้าย ในโมเลกุลที่มีพันธะระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน A-A และ ขวา ระหว่างอะตอมต่างชนิดกัน A-B เครื่องหมาย +, - แทนเครื่องหมายของประจุที่ได้จากการประมาณแบบไอออนิก (อะตอมที่มีค่า EN ตามการคำนวณของอัลเลนสูงกว่าจะมีพลังงานต่ำกว่าและมีเครื่องหมายไอออนิกเป็นลบ)

วิธีการกำหนดสถานะออกซิเดชัน

วิธีการกำหนดสถานะออกซิเดชันทำได้โดยกำหนดให้สถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุของอะตอมหลังจากการแบ่งแยกพันธะอย่างเสมอภาคระหว่างอะตอมชนิดเดียวกันและการแบ่งแยกพันธะระหว่างอะตอมต่างชนิดกันด้วยการพิจารณาค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่วัดโดยวิธีของอัลเลน ยกเว้น กรณีที่อะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาทิวิตีสูงกว่าอะตอมนั้นสร้างพันธะแบบกลับในฐานะลิแกนด์แบบกรดลิวอิสซึ่งอะตอมนั้นไม่ได้รับอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะนั้นๆ หรืออาจจะใช้การคำนวณผลรวมพันธะเวเลนซ์ (Bond Valence Sum Calculation; BVS) และวิธีอื่น ๆ ตัวอย่างการกำหนดสถานะออกซิเดชันโดยใช้โครงสร้างลิวอิสแสดงดังรูป 3

รูป 3: ตัวอย่างการกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมต่างๆใน (ก) ไดฟลูออโรมีเทน (ข) กรดเปอร์ออกซีไนตรัส (peroxynitrous acid) (ค) โครเมียม(III)ออกไซด์และ โครเมียม(VI)ออกไซด์