燃料電池實際上是一個化學反應器，它把燃料同氧化劑反應的化學能直接轉化為電能。它沒有傳統發電裝置上的原動機驅動發電裝置，也沒有直接的燃燒過程。燃料和氧化劑從外部不斷輸入，它就能不斷地輸出電能。它的反應物通常是氫和氧等燃料，它的副產品一般是無害的水和二氧化碳。燃料電池的工作不只靠電池本身，還需要燃料和氧化劑供應及反應產物排放等子系統與電池堆一起構成完整的燃料電池系統。
一、電極
實際應用的燃料電池，需要有足夠高的電流密度，因而應提高電極反應的速率。燃料電池中的反應發生在電極表面(嚴格說是電極、氣體和電解質組成的三相界面)上，氫氣在陽極發生電極反應，產生的電子和質子分別通過外電路和電解質到達陰極，并在陰極與氧氣反應生成水。電子經過外電路時輸出了電能。
影響電極反應速率的主要因素是催化活性和電極表面積。燃料電池的電極不是簡單的固體電極，而是所謂的多孔電極。多孔的表面積是電極幾何面積的102一108倍。電極的催化活性對于低溫燃料電池尤為重要，因為電極反應在低溫時的速率很低。
另外燃料電池的電極還要求導電性好，耐高溫和耐腐蝕。
二、電解質
燃料
電池中電解質的主要作用是提供電極反應所需的離子、導電以及隔離兩極的反應物質。與一般電解質不同，燃料電池中的電解質或者本身沒有流動性，或者被固定在多孔的基質中。
PEMFC的電解質是固態聚合物膜，允許質子通過，故稱為質子交換膜。
AFC的電解質是KOH溶液，根據電池工作溫度的不同(50一200cC)，KOH的濃度變化很大(35%一85%)。KOH被吸附在石棉基質中。KOH與COZ反應生成溶解度較低的Kz CO，而造成堵塞，反應氣體中的CO2需要去除。
PAFC使用接近100%的磷酸為電解質，浸在多孔sic陶瓷中。濃磷酸的熱穩定性好，并可以吸收電極反應生成的水蒸氣，因而PAFC的水管理簡單。
MCFC的電解質是混合碳酸鹽(Lie CO,-K2 CO, )，基質為LiAMO2陶瓷，導電的離子是CO;一。
SOFC的電解質是多孔金屬氧化物，即Y2O,穩定的ZrO2，導電的離子是O2一。
三、雙極板
陰極、陽極和電解質構成一個單個燃料電池，其工作電壓約0. 7V。為了獲得實際需要的電壓，須將幾個、幾十個甚至幾百個燃料電池連接起來，稱為電池堆。兩個相鄰的燃料電池通過一個雙極板連接。雙極板的一側與前一個燃料電池的陽極相連，另一側與后一個燃料電池的陰極連接(故稱為雙極板)。
雙極板的主要作用有3個，即收集燃料電池產生的電流、向電極供應反應氣體、阻止兩極之間反應物質的滲透。另外，雙極板還起到支撐、加固燃料電池的作用。
低溫(小于300cC )燃料電池的雙極板材料通常是石墨，高溫燃料電池的雙極板用不銹鋼或導電陶瓷制作。不論用何種材料，雙極板的設計和制作都是十分關鍵的。
