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Un cation ([katjɔ̃], du grec cata- : « en bas » et iôn : « qui va ») est un ion qui, ayant perdu un ou plusieurs électrons, porte une ou plusieurs charges électriques positives : à l’inverse, un anion contient plus d'électrons que de protons. On l'appelle ainsi car il est attiré, lors d'une électrolyse, par l'électrode négative, nommée cathode, de la même façon que les pôles de charges opposées des aimants s'attirent. Par exemple, l'ion sodium, noté Na+, est l'atome de sodium ayant perdu un électron.
Pour résumer, un cation est chargé positivement tandis que l'anion est chargé négativement.
En raison de la forte polarité de sa molécule, l'eau est un excellent solvant des ions. Le seul cation présent dans l'eau pure est l'ion oxonium (H3O+), usuellement et improprement nommé « hydronium », formé par la solvatation du proton (H+) généré au cours de l'autoprotolyse.
En fonction du nombre de charges électriques, on distingue les cations monovalents, divalents, trivalents, etc. Les cations monovalents sont ceux des métaux alcalins (lithium, sodium, potassium, rubidium, etc.) ; les métaux alcalino-terreux (béryllium, magnésium, calcium, strontium, etc.) donnent des cations divalents ; les métaux de transition peuvent donner des cations mono-, di-, tri-, tétra- ou pentavalents. Par exemple, le fer peut perdre deux ou trois électrons (Fe2+ et Fe3+).
Le cation peut être monoatomique, tel l'ion cuivreux (Cu+), ou polyatomique, tel l'ion ammonium (NH4+).
Il peut être inorganique, tel le calcium (Ca2+), le magnésium (Mg2+), le sodium (Na+), le potassium (K+) et l'ammonium (NH4+), ou organique, comme l'ion pyridinium.