Yakıt hücresinde yer alan süreç soğuk yanma olarak bilinmektedir: Hidrojen, elektrik gücü üreten kontrol altındaki bir kimyasal süreçteki suyu şekillendirmek için havadan gelen oksijen ile reaksiyona girer.
Hidrojenin içerdiği kimyasal enerji bu yüzden doğrudan elektriğe dönüşür. Yakıt hücrelerinden, içten yanmalı bir motordan daha iyi etki için istifade edilebildiği için enerji anlamında çok verimlidir.
Yakıt hücresinin sandviçe benzer bir yapısı vardır. Merkezinde sözde proton değişim membranı veya PEM (Polimer Elektrolit Membranı) olarak adlandırılan ince bir plastik membran vardır. Her iki tarafta da bu ince bir katalitik tabaka, genellikle platinyum ve grafit kağıdının gaz sızdıran elektrodu ile kaplanmıştır.
Gaz kanalları, bipolar plakalar olarak bilinen dıştaki katmanlara işlenmiştir. Hidrojen bir taraftaki kanal vasıtasıyla, oksijen de diğer kanal vasıtasıyla girer. Platinyum katalizör hidrojeni bir elektron ve bir protona ayırır. Bu pozitif yüklü protonlar PEM boyunca geçebilirler ancak negatif yüklü elektronlar bunu yapamaz. Bir potansiyel fark (voltaj) bu yüzden iki grafit kağıt elektrotları arasında güçlenir.
Bir doğru akım iki elektrot bağlı olduğu takdirde akar. Bu elektrokimyasal reaksiyonun son ürünü saf sudur (H2O), çünkü protonlar PEM boyunca geçtikten sonra oksijen ile birleşir.