La cella combustibile è un dispositivo strutturalmente molto simile ad una pila elettrica. In un contenitore neutro vengono inseriti due elettrodi (anodo e catodo) e l’apparato viene alimentato con due composti: il combustibile che di solito è idrogeno e il comburente che quasi sempre è ossigeno sottratto all’ambiente circostante. Tra i due elettrodi è posto un elettrolita, che invece di essere liquido, e costituito da una sottile membrana polimerica che permette il passaggio dei soli ioni positivi (i protoni dell’idrogeno).
Alimentando l’anodo con idrogeno, grazie ad un catalizzatore (in platino), si ottiene la ionizzazione del gas. A questo punto i ioni positivi (i protoni dell’idrogeno) migrano attraverso la membrana polimerica verso il catodo mentre gli elettroni, bloccati dalla membrana, attraverso un semplice collegamento filiare possono passare per un carico elettrico (ad esempio un motore a corrente continua o un accumulatore elettrico) per poi arrivare al catodo. Il catodo alimentato con ossigeno (atmosferico) riceve i protoni dell’idrogeno attraverso l’elettrolita e gli elettroni attraverso il circuito elettrico e grazie ad un catalizzatore, sempre in platino, si innesca una reazione chimica che produce acqua pura.
Questo processo dura fino a quando si alimenta il dispositivo con idrogeno la cui energia chimica di fatto si trasforma in elettrica e viene utilizzata dal carico.