镍氢电池是以金属氢化物为负极，氢氧化镍电极为正极，氢氧化钾溶液为电解液，电池的电极反应如下：
正极充电：Ni（OH）2+OH—NOOH+H2O+e过充电：40H—2H2O+O2+4e放电：NiOOH+H20+e—N（OH）2+OH过放电：2H20+2e—H2+2OH负极充电：M+H2O+e—MH+OH过充电：2H20+O2+4e—40H放电：MH+OH—M+H2O+e过放电：H2+2OH—2H20+2e
总电池反应：MH+NOOH=M+Ni（OH）2
充电时，正极上的Ni（OH）2转变为NiOOH，水分子在贮氢合金负极M上放电，分解出氢原子吸附在电极表面上形成吸附态的MHad，再扩散到贮氢合内部而被吸收形成氢化物MHab。氢在合金中的扩散较慢，扩散系数一般都在107~108cm·s1。扩散成为充电过程的控制步骤。这个过程可以表示如下：M+H20+e—MH2d+OHMHad—aMHabaMHb—β-MHMHad+MHa-—2M+H2MHad+H2O+e—M+H2+OH
在电极充电初期，电极表面的水分子在金属镍的催化用途下被还原成氢原子，氢原子吸附在合金的表面上，
形成吸附态氢原子MH2d。吸附在合金表面上的氢原子扩散进入合金相中，与合金相形成固溶体a-MHab。当溶解于合金相中的氢原子越来越多，氢原子将与合金发生反应，形成金属氢化物βMH。当氢原子浓度进一步提高时，将发生氢原子的复合脱附或电化学脱附。过充电时，由于阳极上可以氧化的Ni（OH）2都变成了NiOOH（除了活性物质内部被隔离的N（OH）2之外），这时OH失去电子形成O2，O2扩散到负极，在贮氢合金的催化用途下得到电子形成OH，也可能与负极出现的氢气复合成水，放出热量，使电池温度升高，同时也降低了电池的内压。负极上由于贮氢合金已吸饱了氢不能再吸氢，这时，水分子在负极上放电形成H2，H2再在贮氢合金的催化用途下与正极渗透过来的氧气复合成水。放电时，NiOOH得到电子转变为Ni（OH）2，金属氢，化物（QMH）内部的氢原子扩散到表面而形成吸附态的氢原子，再发生电化学反应生成贮氢合金和水。氢原子的扩散步骤仍然成为负极放电过程的控制步骤。过放电时，正极上可被还原的NiOOH已经消耗完了（镍氢电池一般设计为负极容量过量），这时H2O便在镍电极上还原正极（镍电极）：2H20+2eHz+2OHT负极（贮氢合金电极）：H2+2OH2H20+2e这样氢气在镍电极上生成，又在贮氢合金电极上消耗掉。这时电池的电压变成“负”的，即镍电极电位反而比氢电极电位更负，所以也称为反极。
在电池反应中，贮氢合金担负着贮氢和电化学反应的双重任务。从上面的过程可以看出，在过充和过放过程中，由于贮氢合金的催化用途，可以消除出现的O2和H2从而使电池具有耐过充过放电能力。但随着充放电循环的进行，储氢合金逐渐失去催化能力，电池内压便升高了。为了保证氧的复合反应，消除氧气压力，设计电池时，负极容量过量，电池容量由正极限制。实现电池密封时，才能保证电池的安全。
