燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點看，它和其他化學(xué)電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時需要連續(xù)地向其供給反應(yīng)物質(zhì)——燃料和氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。

具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的"發(fā)電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，2013年正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣）。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。當(dāng)氫離子進入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。此過程水可以得到重復(fù)利用，發(fā)電原理與可夜間使用的太陽能電池有異曲同工之妙。

燃料電池的電極材料一般為惰性電極，具有很強的催化活性，如鉑電極、活性碳電極等。