锂离子电池正极一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂；负极一般为活性物质石墨，或近似石墨结构的碳，正极与负极之间的隔膜为一种特殊成型的高分子薄膜，孔径满足良好的离子通过性，同时具有电子的绝缘性，即可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。
电解液在正负电极间起到运输电荷的用途，一般为溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。
锂离子电池在充电时，正极释放锂离子，锂离子通过电解液穿过隔膜，运动到负极，与腹肌的电子结合在一起，此时正极发生的化学反应为LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)，负极发生的化学反应为6C+xLi++xe-=LixC6。
锂离子电池在放电时，锂离子运动方式正好相反，锂离子从负极进入电解液，穿过隔膜最终到达正极，而电子则由外部电路从负极到正极（电子运动方向与电流方向相反），与正极的锂离子结合，此过程可以使锂离子电池向外输出电能。
