氫氧燃料電池，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餘的電子而帶負電，在氧電極上由於缺少電子而帶正電。接通電路後，這一類似於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2H2+O2==2H2O
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乾電池、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。由於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），向正極供給氧化劑（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複利用，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鹼性。 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繫。如氫—氧燃料電池有酸式和鹼式兩種:
若電解質溶液是鹼、鹽溶液則負極反應式為：2H2 + 4OHˉ-4eˉ== 4H20 正極為：O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OHˉ
若電解質溶液是酸溶液則負極反應式為：2H2-4eˉ=4H+（陽離子），正極為：O2+4eˉ+4H+=2H2O
在鹼溶液中，不可能有H+出現，在酸溶液中，不可能出現OHˉ
氫燃料電池工作原理
氫燃料電池基本工作原理是將氫氣送到燃料電池的陽極板（負極），經過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質子）穿過質子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），與氧原子和氫離子重新結合為水。
由於供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，並及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由於氫燃料電池不儲能，確切的講應該稱為氫發電裝置。