离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，产生电流。
同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料电池还会产生一定的热量。
电池的阴、阳两极除传导电子外，也作为氧化还原反应的催化剂。
当燃料为碳氢化合物时，阳极要求有更高的催化活性。
阴、阳两极通常为多孔结构，以便于反应气体的通入和产物排出。
电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。
为阻挡两种气体混合导致电池内短路，电解质通常为致密结构。
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。
其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。
不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。
而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。
因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。
电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。
以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池。
氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。
电极应为：负极：h2+2oh-2h2o+2e-
正极：12o2+h2o+2e-2oh-
电池反应：h2+12o2==h2o
另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。