氫氧燃料電池以氫氣作燃料為，氧氣作氧化劑 ，通過燃料的燃燒反應，將化學能轉變為電能的電池，與原電池的工作原理相同。

氫氧燃料電池工作時，向氫電極供應氫氣，同時向氧電極供應氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應過程就能連續進行。

工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則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，氧氣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的逆過程。

氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的裝置。

氫氧燃料電池的反應物都在電池外部它只是提供一個反應的容器

氫氣和氧氣都可以由電池外提供。

燃料電池是一種化學電池，它利用物質發生化學反應時釋出的能量，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，它工作時需要連續地向其供給反應物質——燃料和氧化劑，這又和其他普通化學電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學反應釋出的能量變為電能輸出，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的"發電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。最初，電解質板是利用電解質滲入多孔的板而形成，2013年正發展為直接使用固體的電解質。

工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給（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的逆過程。此過程水可以得到重復利用，發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。

利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種"發電機"。

一般來講，書寫燃料電池的化學反應方程式，需要高度注意電解質的酸堿性。 在正、負極上發生的電極反應不是孤立的，它往往與電解質溶液緊密聯系。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種：

若電解質溶液是堿、鹽溶液則

負極反應式為：

正極反應式為：

若電解質溶液是酸溶液則

負極反應式為：

正極反應式為：

總反應方程式為：

目前最為成熟的即為酸性條件下的氫燃料電池，以質子為離子傳導媒介，一般使用質子交換膜作為固態電解質，含鉑催化劑為電極，將燃料氣直接通過化學反應轉化為電能。