氢氧燃料电池以氢气作燃料，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池。
氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
工作时向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(氧气)。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。
氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置
氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器2H2+O2==2H2O
氢气和氧气都可以由电池外提供
燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。
具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。
工作时向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(空气，起作用的成分为氧气)。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。
燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。
一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-==4H+正极反应式为：O2+4H++4eˉ==2H2O;如是在碱溶液中，则不可能有H+出现，在酸溶液中，也不可能出现OHˉ。
若电解质溶液是碱、盐溶液则负极反应式为：2H2+4OHˉ-4eˉ==4H20正极为：O2+2H2O+4eˉ==4OHˉ
若电解质溶液是酸溶液则负极反应式为：2H2-4eˉ=4H+(阳离子)，正极为：O2+4eˉ+4H+=2H2O
